Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕТЕРОПЕРЕХОДА НА ОСНОВЕ СЛОИСТОГО ПОЛУПРОВОДНИКА - Патент РФ 2119210
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕТЕРОПЕРЕХОДА НА ОСНОВЕ СЛОИСТОГО ПОЛУПРОВОДНИКА
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕТЕРОПЕРЕХОДА НА ОСНОВЕ СЛОИСТОГО ПОЛУПРОВОДНИКА

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕТЕРОПЕРЕХОДА НА ОСНОВЕ СЛОИСТОГО ПОЛУПРОВОДНИКА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в полупроводниковой электронике. Сущность изобретения: способ изготовления гетероперехода на основе слоистого полупроводника включает облучение слоистого полупроводника в месте предполагаемого расположения электрического контакта одиночным импульсом технологичного лазера с плотностью энергии Е = 1,2 · Eпор, где Е - плотность энергии импульса лазера, Епор - плотность энергии лазера, необходимая для расплавления поверхности слоистого полупроводника. На предполагаемое место контакта наносят металл с соответствующей работой выхода путем осаждения меди из водного раствора CuSO4 с помощью вытеснения меди иглой, изготовленной из индия. Производят отслаивание по плоскостям спайности монокристаллических пластин или пленок слоистого полупроводника для нанесения их на подложку изготавливаемого гетероперехода. Изготавливают гетеропереход с помощью механического прижима монокристаллической пластины или пленки слоистого полупроводника к подложке. Изготовленный гетеропереход выдерживают в течение 15 - 20 суток при комнатной температуре для обеспечения полной диффузии контактного металла в слоистый полупрводник. Для прозрачных лазерному излучению полупроводниковых материалов, например, типа GaSe облучение технологическим лазером производят перпендикулярно к слоям до образования визуально наблюдаемой впадины или отверстия. Для непрозрачных лазерному излучению полупроводниковых материалов, например, типа InSe облучение технологическим лазером производят параллельно к слоям до образования визуально наблюдаемого оплавленного участка. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2119210
Класс(ы) патента: H01L21/04
Номер заявки: 95116975/25
Дата подачи заявки: 04.10.1995
Дата публикации: 20.09.1998
Заявитель(и): Корбутяк Дмитрий Васильевич (UA)
Автор(ы): Бобицкий Ярослав Васильевич (UA); Вознюк Евгений Федорович (UA); Демчина Любомир Андреевич (UA); Ермаков Валерий Николаевич (UA); Коломоец Владимир Васильевич (UA); Корбутяк Дмитрий Васильевич (UA); Литовченко Владимир Григорьевич (UA)
Патентообладатель(и): Корбутяк Дмитрий Васильевич (UA)
Описание изобретения: Техническое решение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано для изготовления и исследования фотодиодов, фотоприемников, фотопреобразователей, солнечных элементов и т.п.
Известен способ изготовления гетероперехода площадью в пределах от единиц до десятка квадратных миллиметров на основе слоистого полупроводника по работе В.Л. Бакуменко и В.Ф. Чишко "Электрические свойства оптических контактов слоистых полупроводников", публикация в ФТП, том 11, в. 10, 1977 год, стр. 2000 - 2002, включающий использование слоистых полупроводниковых материалов n-InSe, p-In2Se, p-GaSe и изготовление к ним металлических контактов вакуумным напылением индия без дополнительной термической обработки.
Электрические свойства полученного таким способом гетероперехода определяются объемными свойствами приводимых в соприкосновение материалов лишь в том случае, если удается получить омические контакты.
Однако специфика химических связей и кристаллическое строение слоистого полупроводника не позволяют получить к нему надежные омические контакты, и технология их изготовления до настоящего времени представляет собой нерешенную проблему. Из-за наличия замкнутых химических связей улучшить свойства контактов стандартным легированием невозможно, т.к. легирование слоистых полупроводников электрически активными примесями осуществить не удается.
Напыление контактного металла производится в дорогостоящей вакуумной установке только на верхний слой слоистого полупроводника, и поэтому полученный таким образом электрический контакт не является механически прочным.
Необходимость помещения безкорпусных гетеропереходов в вакуумную установку требует особых мер предосторожности для предохранения их от случайных механических повреждений.
В качестве прототипа выбран способ изготовления гетеропереходов InSe и GaSe по работе В.Л. Бакуменко, З.Д. Ковалюка, Л.Н. Курбатова, В.Г. Тагаева и В. Ф. Чишко "Исследование гетеропереходов InSe-GaSe, приготовленных посадкой на оптический контакт", публикация в ФТП, том 14, в. 6, 1980 год, стр. 1115 - 1119, включающий приготовление соответствующих монокристаллических образцов толщиной порядка 200 мкм скалыванием и посадкой на оптический контакт, причем контактирующие поверхности естественных сколов не нуждаются в обработке. Площадь изготавливаемых гетеропереходов была от единиц до десятка мм2.
Метод посадки на оптический контакт заключается в том, что оптические детали приводятся в соприкосновение поверхностями, обработанными до высокого класса чистоты, и затем либо притираются, либо оставляются на время под нагрузкой.
Однако этот способ, также как и способ, описанный в работе В.Л. Бакуменко и В.Ф. Чишко, обладает теми же недостатками, т.е. специфика химических связей и кристаллическое строение слоистых полупроводников не позволяют получить надежные омические контакты к ним, а технология изготовления качественных омических контактов до настоящего времени представляет собой нерешенную проблему. Поскольку из-за наличия замкнутых химических связей легирование слоистых полупроводников электрически активными примесями осуществить не удается, то улучшить свойства контактов стандартным легированием невозможно.
Напыление контактного металла производится в дорогостоящей вакуумной установке, и контактная площадка образуется только на верхнем слое пластины слоистого полупроводника, поэтому электрический контакт, полученный этим способом, не является механически прочным, надежным, малошумящим и омическим. Электрические и фотоэлектрические свойства полученных гетеропереходов не определяются всецело объемными свойствами приводимых в соприкосновение материалов, а определяются свойствами ненадежного контактного узла.
Кроме того, необходимость помещения безкорпусных гетеропереходов в вакуумную установку требует особых мер предосторожности для предохранения их от случайных механических повреждений.
В совокупности все операции этого способа изготовления контактного узла к гетеропереходу требуют достаточно большого промежутка рабочего времени.
Все известные авторам способы изготовления гетеропереходов на основе слоистых полупроводников обладают тем общим недостатком, что они не обеспечивают увеличения отношения сигнал/шум в гетеропереходе из-за замкнутости химических связей на поверхности слоистых полупроводников и их кристаллического строения, что не позволяло изготовить надежные малошумящие омические контакты к гетеропереходу.
Предлагаемый способ изготовления гетеропереходов на основе слоистых полупроводников решает задачу увеличения на два порядка отношения сигнал/шум в изготовленном гетеропереходе путем создания прочной связи контакта формируемой области с металлом, наносимым на место расположения контакта после предварительного разрыва лазерными импульсами замкнутых химических связей во всем объеме слоистого полупроводникового материала и решает также задачу упрощения технологии изготовления гетеропереходов с надежными малошумящими омическими контактами к ним.
Максимальное увеличение отношения сигнал/шум в изготовленном гетеропереходе достигается тем, что слоистый полупроводник в месте предполагаемого расположения электрического контакта облучают одиночным импульсом технологического лазера, причем плотность энергии технологического лазера определяют по формуле E = 1,2 · Eпор, где E - плотность энергии лазерного импульса; Eпор - плотность энергии лазера, необходимая для расплавления поверхности слоистого полупроводника. Если плотность энергии меньше, чем 1,2 · Eпор, то лазерное излучение не разрушает слоистый полупроводник на требуемую глубину, а облучать слоистый полупроводник лазерным импульсом с плотностью энергии больше, чем 1,2 · Eпор нецелесообразно, так как при этом эффект не увеличивается.
На предполагаемое место расположения контакта наносят металл с соответствующей работой выхода путем осаждения меди из водного раствора CuSO4 с помощью вытеснения меди иглой, изготовленной из индия.
Медь, обладая большим коэффициентом диффузии, легко диффундирует вглубь созданных лазером дефектов и обеспечивает тем самым не только механическую прочность контактного узла, но и выравнивает приконтактные барьеры за счет установления термодинамического равновесия границы раздела медь - слоистый полупроводник. Далее производят отслаивание по плоскостям спайности монокристаллических пластин или пленок слоистого полупроводника для нанесения их на подложку изготавливаемого гетероперехода. Гетеропереход изготавливают с помощью механического прижима монокристаллической пластины или пленки слоистого полупроводника к подложке, создавая тем самым прямой оптический контакт, и нанесения электрических контактов в месте облучения слоистого полупроводника одиночным импульсом технологического лазера. Возможность получения прямого оптического контакта монокристаллической пленки типа GaSe с подложкой обеспечивается высокой пластичностью слоистых пленок, а также наличием идеальной зеркальной поверхности. В виде подложки могут служить стекло, кварц, полупроводники и др.
Изготовленный гетеропереход выдерживают в течение 15-20 суток при комнатной температуре для обеспечения полной диффузии контактного металла в слоистый полупроводник. Наши исследования показали, что выдержка гетероперехода при комнатной температуре не менее 15-20 суток на два порядка увеличивает отношение сигнал/шум гетероперехода за счет существенного уменьшения сопротивления контактного узла.
Дальнейшая выдержка гетероперехода не изменяет свойств омических контактов и поэтому отношение сигнал/шум не меняется.
Выдержка гетероперехода менее чем 15 суток не приводит к полной омичности контактов.
При использовании прозрачных лазерному излучению полупроводниковых материалов типа GaSe облучение технологическим лазером производят перпендикулярно к слоям до образования визуально наблюдаемой впадины или отверстия.
При использовании непрозрачных лазерному излучению полупроводниковых материалов типа InSe облучение технологическим лазером производят параллельно к слоям до образования визуально наблюдаемого оплавленного участка.
После изготовления гетероперехода к медным контактам индием или токопроводящим клеем припаиваются электроды из тонкой проволоки, а готовый прибор помещается в соответствующий корпус и фиксируется диэлектрическим клеем для предохранения от случайных механических повреждений. Площадь изготовленных таким образом гетеропереходов была от единиц до нескольких десятков мм2.
На фиг. 1 показана зависимость сопротивления контактного узла медь-моноселенид галлия-медь от расстояния между контактными выводами после временной выдержки 20 суток при комнатной температуре.
На фиг. 2 представлена зависимость, показывающая улучшение свойств контактного узла медь-моноселенид галлия-медь от времени выдержки при комнатной температуре.
На фиг. 3 показана вольт-амперная характеристика неосвещенного гетероперехода InSe-GaSe после временной выдержки при комнатной температуре 20 суток: кривая 1 соответствует гетеропереходу с контактами, изготовленными при помощи лазерной методики; кривая 2 соответствует гетеропереходу с контактами из индия.
На фиг. 4 показаны спектры фотолюминесценции при T = 4,2 K: кривая 1 - гетеропереход InSe - GaSe при возбуждении со стороны GaSe; кривая 2 - подложка из чистого InSe.
В процессе изучения влияния взаимодействия лазерного излучения определенной мощности со слоистыми полупроводниками авторами предполагаемого изобретения установлено, что в зоне воздействия импульса лазера образуются дефекты и разрываются химические связи в объеме слоистого полупроводника на такую глубину, которая определяется интенсивностью потока излучения, поглощаемого кристаллом.
Следует также отметить, что замкнутость химических связей на поверхности слоистых полупроводников препятствует деградации приборов, изготовленных из них, а высокая планарная подвижность дефектов способствует их радиационной устойчивости.
Изготовленные предложенным способом гетеропереходы на основе слоистых полупроводников могут найти применение в Институте физики полупроводников НАН Украины, Черновицком Отделении полупроводникового материаловедения ИПМ НАН Украины, а также в НИИ ПФ (Москва) и в Институте физики г. Баку.
Авторам неизвестны зарубежные фирмы, занимающиеся данной проблемой.
Пример 1.
Изготовление омического контактного узла к слоистому полупроводнику GaSe.
Исходный монокристаллический слиток слоистого полупроводника был разрезан алмазной пилой перпендикулярно слоям на шайбы толщиной 5 мм.
Путем скалывания по плоскостям спайности при помощи лезвия была изготовлена монокристаллическая пластина с плоскопараллельными гранями толщиной 1 мм и площадью 5 · 10 мм2.
Через маску из зеркальной фольги, имеющую шесть отверстий диаметром 0,2 мм каждое, расположенных линейно с периодом 1, мм монокристаллическая пластина облучалась одиночным импульсом лазера ГОС-301. Плотность потока подбиралась так, чтобы в месте предполагаемого контакта образовался визуально наблюдаемый дефектный участок в виде отверстия. На этот участок из водного раствора CuSO4 осаждалась медь методом вытеснения ее из раствора иглой из индия.
Полученные описанным методом контакты становятся омическими после выдержки образца не менее чем 15-20 суток при комнатной температуре и в дальнейшем своих свойств не изменяют.
Измерения величины сопротивления контактного узла к GaSe компенсационным методом (фиг. 1) показали, что обычные индиевые контакты согласно известным способам-аналогам имеют сопротивление не менее 105 Ом, тогда как в нашем случае оно находится на уровне 10 Ом. Проведенная проверка подтвердила надежность и омичность контактного узла.
Пример 2.
Далее производилось изготовление гетеропереходов GaSe-InSe.
Исходные монокристаллические слитки слоистых полупроводников GaSe и InSe были разрезаны алмазной пилой перпендикулярно слоям на шайбы толщиной 5 мм.
Путем скалывания по плоскостям спайности при помощи лезвия были изготовлены монокристаллы-заготовки с плоскопараллельными гранями толщиной 1 мм. Через маску из зеркальной фольги, имеющую отверстие 0,5 мм, пластина слоистого полупроводника облучалась одиночными импульсами лазера ГОС-301. Плотность потока подбиралась так, чтобы в месте предполагаемого контакта образовался визуально наблюдаемый дефектный участок. Для прозрачного лазерному излучению полупроводникового материала GaSe облучение технологическим лазером производят перпендикулярно к слоям до образования визуально наблюдаемой впадины или отверстия.
Для непрозрачных лазерному излучению полупроводниковых материалов типа InSe облучение технологическим лазером производят параллельно к слоям до образования визуально наблюдаемого оплавленного участка. На образованный дефектный участок из водного раствора CuSO4 осаждалась медь методом вытеснения ее из раствора иглой из чистого индия. Одной плоскостью скола полученные заготовки закреплялись на предметном столике бинокулярного микроскопа МБС-9. От верхней плоскости скола при помощи липкой ленты и лезвия отслаивалась монокристаллическая пластина InSe толщиной примерно 200 мкм и пленка GaSe толщиной примерно 5 мкм (ярко выраженная слоистость монокристаллов GaSe и InSe позволяет, таким образом, получать плоскопараллельные монокристаллические пленки, обладающие совершенной зеркальной поверхностью и толщиной от сотен микрон до нескольких десятков ангстрем).
Свободная монокристаллическая пленка слоистого полупроводника GaSe закрепляется на подложке из InSe и механически прижимается к ней, таким образом изготавливается прямой оптический контакт "монокристаллическая пленка GaSe-подложка (InSe)", т.е. гетеропереход.
После изготовления гетероперехода к медным контактам индием или токопроводящим клеем припаивались электроды из тонкой проволоки, а готовый прибор помещался в соответствующий корпус и фиксировался диэлектрическим клеем для предохранения от случайных механических повреждений и выдерживался 20 суток при комнатной температуре для обеспечения полной диффузии контактного металла (меди) в слоистые полупроводники.
Проведенные исследования фотолюминесценции изготовленных гетеропереходов позволили сделать следующее заключение.
Вид низкотемпературных (4,2 K) спектров фотолюминесценции существенно зависит от наличия примесей и самых малых остаточных пластических деформаций. Образцы, специально подверженные пластическим деформациям, имеют хуже разрешенный и более сложный спектр фотолюминесценции. Относительная интенсивность длинноволновых полос фотолюминесценции явно изменяется при переходе от образца к образцу. Аналогичным образом изменяются спектры фотолюминесценции при наличии неконтролированных или специально введенных примесей. Спектр фотолюминесценции изготовленных нами гетеропереходов n-InSe-p-GaSe при возбуждении со стороны GaSe приведен на фиг. 4. Уширение и сдвиг фотолюминесценции в длинноволновую область обусловлены наличием сильного приконтактного электрического поля. Вид спектра изготовленного гетероперехода свидетельствует о его высоком качестве.
Формула изобретения: 1. Способ изготовления гетероперехода на основе слоистого полупроводника, включающий механический прижим монокристаллической пластины или пленки слоистого полупроводника к подложке, отличающийся тем, что слоистый полупроводник предварительно облучают одиночным импульсом технологического лазера в месте предполагаемого расположения электрического контакта, на это место наносят металл с соответствующей работой выхода, отслаивают по плоскостям спайности монокристаллические пластины или пленки слоистого полупроводника, изготовленный гетеропереход выдерживают в течение 15 - 20 суток при комнатной температуре, при этом плотность энергии технологического лазера удовлетворяет условию
E = 1,2 · Eпор,
где E - плотность энергии лазерного импульса;
Eпор - плотность энергии лазера, необходимая для расплавления поверхности слоистого полупроводника.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для прозрачных лазерному излучению полупроводниковых материалов, например типа GaSe, облучение технологическим лазером производят перпендикулярно к слоям до образования визуально наблюдаемой впадины или отверстия.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для непрозрачных лазерному излучению полупроводниковых материалов, например типа InSe, облучение технологическим лазером производят параллельно к слоям до образования визуально наблюдаемого оплавленного участка.
4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что металл наносят осаждением меди из водного раствора CuSO4 с помощью вытеснения меди иглой, изготовленной из индия.