Коэффициент собирания для тонкобазиых ФП, когда толщина базы w (толщина облучаемой области) много меньше диффузионной длины неосновных носителей L, т. е. wfL<^\, при условии однородного распределения концентрации примесей в базе является функцией параметров aw, sw/D и w/L, где D — коэффициент диффузии неосновных 'носителей. Параметр aw может быть интерпретирован как отношение толщины базы к средней глубине проникновения падающего излучения 1/а. Параметры sw/D и w/L характеризуют соответственно потери носителей вследствие поверхностной и объемной рекомбинации. Влияние поверхностной рекомбинации сказывается сильнее при больших коэффициентах поглощения света. При (Ш> 1 и при sw/D^> 1 коэффициент собирания убывает обратно пропорционально скорости рекомбинации.
Однородное распределение концентрации примеси в базе ФП на практике реализуется в оллавных ФП (германиевых и кремниевых). К 'нему приближается распределение примеси для диффузионных ФП, когда в легированном слое имеет место ступенчатый характер распределения с участком постоянной поверхностной концентрации (рис. 2,а). Подобный характер распределения концентраций описан в литературе (19, 20] для тонких диффузионных слоев в р-и /г-кремнии. Такой вид кривых распределения обусловлен зависимостью скорости диффузии бора и фосфора © кремнии от концентра-
7
Ции примеси. Для ФП с однородной базой трудно получить высокий коэффициент собирания, особенно в коротковолновой области спектра, во-первых, из-за трудности изготовления мелких переходов (для сплавных ФП) и, во-вторых, из-за больших потерь в результате поверхностной и объемной рекомбинации (для диффузионных ФП). Например, для диффузионных ФП с базой 0,5 мкм коэффициент собирания составляет 0,1 при >и = 0,4 мкм.
р-п структура фотоприемника с неоднородным распределением примеси в одной из областей. При наличии в базе ФП градиента
см~3
102
Ю
20
W
10й
|
L-^tf |
|||
|
\ |
|||
|
п |
У2 |
||
|
\ \ |
|||
«;
10
15 мкм
р-область п-область б)
см
п20
W1
10й 10п
см
|
hsj/ |
||
|
\ \\ |
||
|
V N |
V |
|
|
3 |
\\ |
|
|
А____ |
А^ |
б)
10
10 Ю18
10й
10ь
ю1
|
1 N |
|||
|
ш=0,7мг |
'М |
||
|
w = 0fi |
мкм \ |
||
|
\х |
0,2
OJi
06 мкм
Рис. 2. Распределение концентрации примеси в базе ФП. а — ступенчатое распределение примеси: / — для ФП с толщиной базы 12 мкм,
2 — для ФП с толщиной базы 17 мкм; б — экспоненциальное распределение примеси; в — распределения примеси в базе ФП, полученные в процессе диффузии. /, 2 — теоретические кривые распределения вида
"=*о«р|ая-|;
3 — теоретическая кривая распределения вида
W=W0erfc
\2 Ушу
г — распределения примеси в базе ФП, полученные в процессе ионно-лучевого метода легирования.
концентрации примесей возникает внутреннее электрическое поле, пропорциональное градиенту концентрации:
_ JL 1dN(x) Е==q N(x) dx '(3)
где N(x)—концентрация акцепторов; dN(x)/dx— градиент концентрации примеси в точке х. Это поле ускоряет диффузионное движение носителей к р-п переходу, что увеличивает число разделяемых р-п переходом носителей, а следовательно, и коэффициент собирания по сравнению с его значением у ФП с однородной базой. Фото-приемники при наличии электрического поля в базе называются дрейфовыми. Для них коэффициент собирания при условии постоянного поля в базе /?-типа, когда кривая распределения акцепторной примеси предполагается экспоненциальной (рис. 2,6), определяется выражением
N = Nse-?x,(4)
здесь Ns — поверхностная концентрация акцепторов; р — постоянная, характеризующая крутизну экспоненты, является функцией параметров aw, sw/Dn, $w, где w — толщина базы /?-типа, Dn — коэффициент диффузии электронов в базе ФП.
Безразмерный параметр рдо характеризует величину тянущего пиля в базе. Внутреннее тянущее поле увеличивает коэффициент собирания, однако для небольших значений aw, т. е. для глубоко проникающего излучения, влияние поля на коэффициент собирания мало, так как в этом случае р-слой становится почти прозрачным для излучения и в базе создается очень мало неосновных носителей. В случае сильно поглощаемого излучения (при больших значениях aw) большинство фотонов поглощается в базе ip-типа; в результате этого в ней создается много неосновных носителей и, следовательно, влияние внутреннего поля становится более ощутимым. С увеличением скорости поверхностной рекомбинации (с увеличением параметра swfD) коэффициент собирания уменьшается, так как много неосновных носителей будет теряться на поверхности и не достигнет перехода. Для очень больших значений aw большинство фотонов поглощается в очень тонком приповерхностном слое и, таким образом, большинство неосновных носителей теряется из-за поверхностной рекомбинации и не создает фототока. С увеличением внутреннего поля этот эффект частично компенсируется. При достаточно больших электрических полях, когда безразмерный параметр |3ш^>10 и скорость поверхностной рекомбинации мала, можно получить для дрейфового ФП в коротковолновой области спектра предельные, теоретически возможные значения коэффициента собирания.
Рассмотренная модель дрейфового ФП с постоянным полем является идеализированной, так как практически получить экспоненциальный профиль распределения примеси в реальных ФП не представляется возможным. На современном уровне технологии изготовления полупроводниковых приборов в легированном слое получают профили: гауссовский и в виде функции ошибок (рис. 2,в), зависящие от поверхностной концентрации примеси (N0), расстояния от поверхности (х), коэффициента диффузии (D) и времени диффузии (t). Такие профили получают в процессе ионно-лучевого (рис. 2,г) и диффузионного методов диффузии (рис. 2,в),
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.