DE1789047C - Fotowiderstand fur Strahlungen einer Wellenlange großer als 8 my - Google Patents

Description

30 kristall erwärmt, so daß seine Leitfähigkeit erhöht wird. Diese Leitfähigkeitserhöhung kann zur Regi strierung der Strahlung ausgenutzt werden.

Der Wellenlängenbereich zwischen 8 und 11 μ ist

technisch von besonderer Bedeutung, da die Strahlung

35 des CO„-Lasers, des energiereichsten bekannten Lasers, die" eine Wellenlänge \<v 10,6 μ besitzt, in diesem Bereich liegt. Der Strahlungsempfänger ist daher

Gegenstand des Hauptpatents 1 614 535 ist ein insbesondere als Detektor für die Strahlung dieses

Fotowiderstand aus einem Halbleitermaterial (Indi- Lasers geeignet. Ferner eignet sich der Strahlungs-

umantimonid), das zueinander parallel ausgerichtete, ₄₀ empfänger hervorragend als Detektor der im gleichen

nadelartige Einschlüsse aus einer zweiten, elektrisch Welleniängenbereteh liegenden Wärmestahlung nied-

besser leitenden, metallisch absorbierenden kristal- iiger Farbtemperatur, die von Objekten ausgestrahlt

linen Phase (Nickelantimonid) enthält, und de£sen wird, die Oberflächtn'emperaturen zwischen etwa

Einschlüsse für den Nachweis von Strahlen mit einer - 20° C und 4 100° C besitzen. Als solche Objekte

Willenlänge größer als 8 μ einen Abstand vonein- 45 kommen insbesondere leben Je Organismen in Frage,

ander haben, der gleich oder kleiner als die Vakuum- deren Körpertemperatur in diesem Temperaturbereich

wellenlänge der zu empfangenden Strahlung ist. Hegt.

Durch die in die halbleitende Phase eingebetteten Damit die Dicke des Halbleiterkristalls möglichst Einschlüsse wird bei diesem Fotowiderstand erreicht, klein gehalten werden kann, soll die SiO_x-Schicht daß der Halbleiterkristall auch Strahlung einer WeI- 50 vorzugsweise so dick sein, daß ein erheblicher Teil lenlänge absorbiert, für die Indiumantimonid ohne der eindringenden Strahlung in der Schicht absorbiert Einschlüsse auf Grund der Lage der Absorptions- wird. Die SiO^-Schicht soll daher vorzugsweise minkante bei 7,2 μ bereits durchlässig und daher nicht destens 2 μ dick sein. Diese Schichtdicke entspricht mehr empfindlich ist. Die Einschlüsse müssen im bei einer SiO„-Schicht im Wellenlängenbereich von wesentlichen senkrecht zu dem im Halbleiterkristall ₅₅ etwa 8 bis 9,6 μ, bei einer SiO-Schicht im Wellenfließenden Strom stehen, da bei parallel zur Strom- längenbereich von etwa 9 bis 11 μ mindestens richtung verlaufenden Einschlüssen wegen der kurz- der doppelten Eindringtiefe der Strahlung in die schließenden Wirkung dieser Einschlüsse der Dunkel- jeweilige Schicht. Die Eindringtiefe ist definier'., widerstand des Halbleiterkristalls zu stark herab- als reziproke Absorptionskonstante. Bei einer gesetzt würde. Ein Strahlungsempfänger mit einem 60 Schichtdicke von der doppelten Eindringtiefe der solchen Fotowiderstand hat den Vorteil, daß er auch Strahlung werden etwa 86,5 °/o der eingedrungenen bei Zimmertemperatur betrieben werden kann. Strahlung in der Schicht absorbiert. Auch außerhalb Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen der genannten Wellenlängenbereiche reicht eine solchen Fotowiderstand so zu verbessern, daß trotz Schichtdicke von mindestens 2 μ aus, um einen wesentverringerter Dicke des Halbleiterkristalls eine hohe 65 liehen Anteil der eindringenden Strahlung zu absor-Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers im WeI- bieren.

lenlängenbereich zwischen etwa 8 und 11 μ erreicht Da das Absorptionsmaximum der SiO^-Schicht je

wird. nach dem Sauerstoffgehalt bei etwas verschiedenen

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Wellenlängen liegt, kann durch spezielle Wahl der Zusammensetzung der SiO^-Schicht der Wellenlän-• »reich der maximalen Absorption etwas ver- _Kn werden. Bei einer SiO-Schicht liegt das irniionsmaximum beispielsweise bei einer Wellenlänge von etwa 10 μ, bei einer SiCX-Schicht bei einer ^Wellenlänge vun etwa 9 μ. Im "Bereich des Absorptionsmaximums der SiO_x-Schicht ist die Empfinclltt-hkeit des Strahlungsempfängers besonders hoch Sie ist jedoch ohne Rücksicht auf die spezielle Zusammensetzung der Schicht im gesamten WelleninßcMbereich zwischen 8 und 11 μ ausreichend groß. Om ein besonders breites Absorpüonsmaximum nd damit eine sehr hohe Empfindlichkeit über einen breit.-ιcn Wcllenlängenbereich zu erhalten, kann die SiO Schicht vorteilhaft so ausgebildet sein, daß der Sau- ι iiilfgehalt über die Schichtdicke variiert.

,V, besonders vorteilhaft für den Strahlungsempfä,Hvr haben sich Indiumantimomdkristalle mit Eins'chi ^n aus Nickelantimonid erwiesen, bei denen die iυ chlüsse mit dem Indium timonid ein Eutektiki,,. bilden. Bei gerichteter Kristallisation oder beiiV Zonenschmelzen von Indiumantimonid mit 1 8 Gewichtsprozent Nickelantimonid bildet sich ein söksirs Eutektikum, in dem sich das Nickelantimonid in t'orni von parallel zueinander ausgerichteten N-.-i.-ln ausscheidet, die etwa 10 bis 100 μ, vorzugs_w.Ve etwa 30 μ, lang sind, und einen Durchmesser von etwa 0,5 μ besitzen. Der seitliche Abstand zwisc> ->n den einzelnen Nadeln betragt etwa 3,5 u.

Terner eignen sich als Halbleiterkörper für den Str ihlungsempfänger Indiumantimomdkristalle mit Einschlüssen aus Manganantimonid, bei denen wiederum ein Eutektikum aus dem Halbleitergrundmaterial und den Einschlüssen vorliegt. Beim gench teien Kustallisieren oder beim Zonenschmelzen von Indiumantimonid mit etwa 6,5 Gewichtsprozent Manganantimonid bildet sich ein solches Eutektikum, m dem sich das Manganantimonid in Form von im wesentlichen parallel zueinander ausgerichteten Nad»ln ausscheidet. Die Nadeln sind etwa 10 bis 100 μ lang haben einen Durchmesser von etwa 1 μ und einen seitlichen Abstand von etwa 3,5 μ.

Tm einzelnen sind derartige HalbleiterUr.stalle und Verfahren zu ihre- Herstellung in einem Aufsatz in de"Schrift »The Journal of Physics and Chemistry of Solids«, Band 26 (1965), S. 2021 bis 2028, be-^SC Die^bEinschlüsse können im Halbleiterkristall vo'-

' teilhaft in Richtung der zu ^fangenden Strahlung

oder senkrecht zur Richtung der zu empfangenden Kontakte können ^beisg'^sw^se ^f_z^^ ^Kon*^akt? vorgesehen sem Au ^ _Halbkiter.

der Strahlung bestimmten UD-rn _{hen Diese}

kristall* 1 »st ^eine,_e^°;_f™ Hochvakuum auf die ^hicht kann vorteitoit "Lrbleiterknstalls aufgegereinigte Oberflache aes

dampft werden ... -_t beispielsweise etwa

Der Halbte.terknstaU 1 *t P^ ^ _χ

?'⁰⁰¹ ^^m ^VhSt ist ewa 2 μ dick, in ihr wird xo lang. Die SiO-SchichM t ^a μ ^ ^.^

daher ^^-'^^.^fab ο biert. Ein weiterer Teil dnngenden St ahlung abs> _{lM sdbst absor}.

der Strahlung wird im « j _{kdl des e}igcnleiten-

biert Da ^{dlc 5}P^ ^^Nickelantimonideinschlus-_1S den I^iumant.momds mit N ^ ^ _Rich.

sen ^. Zirnm^emf r«ur u _cm)_, _betragt

ur. _& der ^El**££^5sttll _ein ^V _en Dunkclwide· stand hat dieser Halbleitcrkristaii

^vc"^et^^ ⁷·°η einem ol_eicharti_fcen Halbleiterkristall ao Damit '" £J^en\ * ,_{lwa g},°_ich großer Teil der ohne S.O-Sch.ch ^e^ ^el _absQ ^g _rbicrl ^ müßte d.eeindring^„f^von etwa 0.01 cm haben. Die

st ^Kn]^lfj™^L ^c von Indiumantimonid mit AbsorptionskonstaniJ-^i _{Uch bei}

a₅ Nicke »^^^^ /etwa 200 cm-, ^»jJ^^^Singtief = von 0,005 cm ergibt, so daß «f^{h eme} £ ¹™J _{bei der} etwa 86.S »/.der D«Ä^i _absorbifirt werden, ist dann e.nd' -^ntoiS uahl B _{leiterknslan t},_ieser Dicke

3° 0,01 cm. Urn^Du e _{dnen Dunkelwid}erstand

und e nerBrut ^"^υ· j _{h müßte der} Halbleiter vor> ejjv .0Ohm zu err ^ ^

kristall etwa _siO-Schicht versehenen HaIb-

Langt dte. m.t einer ^^ ^ ^

35 ^™\^S, J^ durch diesen G.ößenvergle.ch sehr zielte Vorteil

deutl.cn. _k ; „ _des erfindungsgemäßen Strah-

Der Ha ^^{e kr} _auch vorteilhaft maander-

^Pg ^s ,^ _{in Dadurch wir}d erreicht daß <o form g ausgab^ det se^^ ^

die stramu g ν _hä,_tmsmäß_ig kleinen, be spiels kn alls^auf «η ^^ _rt ,«, und

J «st^q _Dunkelwiderstand des Halbleiter

dennoch _ei, _{In Fig}. 2 ist em solcher Straf45 ^^nstalls _n ^e _f ^r _a ^Z'^e'_{r mit einem} mäanderförm.gen HaIbungjempfi nge^J^ _dargestellt,Der Ha.ble.ter ^tt Indiumantimonid «i^das

₅₀ rech zur Richtung _und ^ _g

fl eßen ^ ^ _{d A d n} Enden

und Beispiele so,, die

SS^^^Se ,ein Aus-

füSungsbelpiel für einen Strahlungsempfänger ge-

^dSf Ä. 1 dargestellten Strahlungsempfänger begeht der'Halbleiterkristall 1 aus Indium-

spielsweise aus Kupfer bestehende Draht s 4 vorge sehen, die mit einem niedrig schmelzenden Lot mi dem Halbleiterkristall verlotet sind. An Stelle dieser O erflache^^ ^ _auf dies, eine

17 aufgebracht Jr I^Jß-^Ät.,

J J' ^^lsweise0,00l cm dick undO,O5 cm

aur aufgeklebt sein kann.

d.e^r J_{n fJer Si}o₂-Schicht kann beispiels-

weise SiO in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre auf die gereinigte Oberfläche des Halbleiterkristalls aufgedampft werden oder es kann zunächst im Vakuum eine SiO-Schicht aufgedampft werden. die anschließend zu SiO₂ oxydiert wird. Auf diese SiO₂-Schicht kann dann im Hochvakuum die SiO-Schicht aufgedampft werden.

Bei Verkleinerung der Breite und Erhöhung der Länge des Halbleiterkristalles können auch höhere Dunkelwiderständc erreicht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2

Eine Verringerung der Dicke des Halbleiierkristalls

Pateniansnriiche- ^ist wünschenswert, um einen zur Anpassung an die

Patentansprüche. Eingangswiderstände üblicher Halbleiterschaltungen

geeigneten Dunkelwiderstand des Halbleiterkristalls

!.Fotowiderstand aus einem Halbleitermaterial 5 von etwa 10 Ohm bis 10 Kiloohm erhalten zu kön-(Indiumantimonid), das zueinander parallel aus- ntn, ohne daß der Halbleiterkristall im Vergleich zu gerichtete, nadelartige Einschlüsse aus einer zwei- seiner Breite übermäßig lang gemacht werden muß. ten, elektrisch besser leitenden, metallisch absor- Unter Dicke des Halbleiterkristalls ist dabei die Ausbierenden kristallinen Phase (Nickelantimonid) dehnung des Kristalls in Richtung der einfallenden enthält, und dessen Einschlüsse für den Nach- _I0 Strahlung zu verstehen. Einer Verringerung der Dicke weis von Strahlen mit einer Wellenlänge größer des Halbleiterkristalls steht jedoch entgegen, daß die als 8 μ einen Abstand voneinander haben, der Empfindlichkeit d^s Strahlungsempfängers mit abgleich oder kleiner als die Vakuumwellenlänge nehmender Dicke des Halbleiterkristalls kleiner wird, der zu empfangenden Strahlung ist, nach Patent da mit abnehmender Dicke ein immer kleinerer An-1614 535, dadurch gekennzeichnet, 15 teil der in den Halbleiterkristall eindringenden Strahdaß auf der zum Empfang der Strahlung bestimm- lung im Halbleiterkristall absorbiert wird und zur ten Oberfläche des Halbleitermaterials (1) eine Registrierung der Strahlung ausgenutzt werden kann. Schicht (F) aus SiO₁. mit 1<λ<2 vorgesehen ist. Zur Lösung der genannten Aufgabe ist erfindungs

2. Fotowiderstand nach Anspruch 1, dadurch gemäß auf der zum Empfang der Strahlung bestimm gekennzeichnet, daß die SiO₁-Schicht mindestens 20 ten Oberfläche des Halbleitermaterials eine Schicht 2 μ dick ist. aus SiO₁ mit 1 < χ < 2 vorgesehen.

3. Fotowiderstand nach Ansprucn 1 oder 2, da- Dadurch kann erreicht werden, daß ein erheblicher durch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt Teil der einfallenden Strahlung bereits in der SiO_xder SiOj-Schicht (16,17) über die Schichtdicke Schicht absorbiert wird, so daß der Halbleiterkristall variiert. 25 selbst nur noch einen kleineren Teil der eindringen-

4. Fotowiderstand nach einem der Ansprüche den Strahlung zu absorbieren braucht und daher 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halb- dünner ausgebildet werden kann als ohne Schicht leitermaterial (11) mäanderförmig ausgebildet ist. Durch die in der Schicht und im Halbleiterkri>uli

selbst absorbierte Strahlung wird der Halbleiter-