Кремниевые фотоприемники, до сих пор самый распространенный тип фото-преобразователей. Одним из основных направлений повышения быстродействия и увеличения спектральной чувствительности современных приемников излучения с одним переходом является создание многобарьерных структур, в которых благодаря внутреннему усилению и росту коэффициента собирания фотогенерированных носителей – удается существенно улучшить основные параметры, которые отвечают требованиям и нуждам оптоэлектроники. Надежность работы полученных структур при повышенных условиях радиации, в качестве детекторов ионизирующего излучения является актуальной задачей и составляет предмет наших исследований.
В последнее время для расширения области спектральной чувствительности широко используются методы [1, 2] приводящее к росту фототока в коротковолновой области спектра. Примером могут служит – варизонные структуры; тянущие поля и др., основанное на уменьшение скорости поверхностной рекомбинации. В нашем случае такую возможность, но в планарном исполнении можно создать за счет поля р-п- перехода включенного в обратном направлении.
Впервые получены и исследованы особенности двухбарьерных структур созданных на одной плоскости. Показано преимущества перед традиционными структурами. Для создания фотоприемников планарного исполнения с внутренним усилением создан барьер Шоттки Au-Si. В качестве исходного материала использована структура р-n-типа на кремниевой подложке. Реализация управления током с помощью света осуществлялась подбором напряжения питания К-Э таким образом, что коллекторный переход закрыт, а эмиттерный—открыт, при свободной базе. Под воздействием света в ней генерируются электроны и дырки. У коллекторного перехода происходит разделение электронно-дырочных пар, достигших вследствие диффузии границы перехода. Дырки перебрасываются полем перехода в коллектор, увеличивая собственный ток, а электроны остаются в базе, понижая ее потенциал. При этом на эмиттерном переходе возникает дополнительное прямое напряжение, что усиливает инжекцию дырок из эмиттера в базу. Инжектированные дырки, достигая коллекторного перехода вызывают дополнительное увеличение тока коллектора. Так как полный коллекторный ток пропорционален коэффициенту внутреннего усиления, имеет место возрастание спектральной чувствительности- достигающее 0,5 А/Вт. Цель работы заключается в изучении влияния зарядового состояния неравновесных вакансий на процессы происходящие во время облучения и термообработки кремния с Nn = 1016 См-3, а также выяснение механизма увеличения интегральной чувствительности двухбарьерных структур относительно обычных фотодиодов.
Рис. 1. Спектральная характеристика двухбарьерной структуры а) до облучения, 1. – при Uобр.=0 В; 2. – Uобр.= 0,5 В. Т = 300 К
На рис. 1 показаны спектральные характеристики двухбарьерной структуры до облучения, при комнатной температуре при обратном напряжении Uобр. = 0В, и Uобр. = 0,5В. Из рисунка видно, что с ростом приложенного обратного смещения на р-п-переход фототок возростает, что приводить к росту фоточувствительности, при оптимальном выборе обратного напряжения на р-п- переход структуры.
При дальнейшем увеличении Uобр.спектральная чувствительность падает. Такое поведение Sλ связано с ростом области объемного заряда и улучшением коэффициента собирания фотоносителей. При дальнейшем росте Uобр, из-за перекрытия зон, блокируется фотоинжекция БШ и структура работает в режиме одного фотодиода (рис. 2).
Структура облучалась при Т = 300 К гамма-квантами Со60. Изохронный (30 мин) отжиг радиационных дефектов проводился в диапазоне температур Ta = 200–450 К.
Метод фотоэдс
показал, что первичные радиационные дефекты (РД) в кристаллах p-Si при 300 К заряжены положительно.
Рис. 2. Зависимость спектральной чувствительности структуры от приложенного обратного смещения р-п-перехода
Рис. 3. Вольт-амперная характеристика p-n-перехода 1. исходный, 2. Dγ = 100 krad. 3. Dγ = 200 krad. Результаты отжига незначительны
Анализ ВАХ (рис. 3) и спектральных характеристик показал, что рекомбинационные токи возрастают по мере увеличения дозы облучения. Отжиг диодов приводит к снижению рекомбинационных токов. При температуре Ta ≈ 300 °C происходит отжиг и перестройка дивакансий с образованием комплексов V2 + O, а при Ta = 350 °C активно отжигаются A-центры (V + O) и комплексы( V2 + O). Анализ изменения токопрохождения через БШ и р-п-переход показал различие влияния отжига вблизи поверхности и в глубине кристалла. Это можно объяснить ростом фотоотклика БШ, связанного с накоплением заряда и улучшением коэффициента собирания.
Рис. 4. Спектральная характеристика двухбарьерной структуры после облучения гамма квантами: 1) до облучения, 2) дозой 150 Крад., 3) дозой 200 Крад., 3’) после отжига при Т = 400 °С в течении 30 мин
На рис. 4 изображены кривые спектральной зависимости фототока до и после гамма облучения при различных дозах и после отжига при T = 400 °C в течении 30 мин. Отжиг влияет на спектральные характеристики незначительно. С повышением дозы гамма облучения рост фототока уменьшается.
Выводы
Таким образом, можно утверждать, что основную роль в электрических потерях исследованных кремниевых структурах играют кислородсодержащие центры (V2 + O и V + O). При увеличении дозы облучения и увеличении температуры отжига, особенности ВАХ и спектральных характеристик обусловлены изменением сопротивления n-Si (базовой области структуры), вызванным накоплением (при увеличении дозы) или исчезновением и перестройкой (при отжиге) радиационных дефектов. Известно, что скорость захвата дефектом электронов и(или) дырок в первую очередь зависит от сечения захвата и положения энергетического уровня в запрещенной зоне. Эти параметры по сути являются «индивидуальной» характеристикой дефекта [3, 4]. При отжиге структур происходит перестройка точечных радиационных дефектов и их исчезновение. При этом главным образом происходит накопление однотипных дефектов. Сопоставление с литературными данными показывает, что основную роль в фотоэлектрических потерях исследованных структур играют кислородсодержащие центры (V2 + O и V + O). При дальнейшем увеличении дозы облучения происходит необратимое уменьшение фоточувствительности за счет значительного роста сопротивления базы.
Библиографическая ссылка
Абасов Ф.П., Наджафов Б.А. ВЛИЯНИЕ ГАММА-ОБЛУЧЕНИЯ НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ДВУХБАРЬЕРНОЙ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 10-3. – С. 454-456;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=7518 (дата обращения: 19.04.2024).