ДАТЧИК ИК - ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОПЕРЕХОДА P-SI-ГРАФЕН.

Изобретение относиться к оптоэлектронике и может использоваться в качестве датчиков инфракрасного излучения, как в лабораторных, так и в промышленных фоточувствительных устройствах, а также в демонстрационных целях в учебных заведениях.
Датчик включает подложку из монокристаллического Si p-типа с поверхностью подложки толщиной 0.4-0.5 мм и площадью 1х1 см2, на который наносят порошок графена слоем толщиной 10-20 мкм, на поверхность которого с обеих сторон прикрепляют металлические кольцевидные электроды размером 2 мм. С лицевой стороны поверхность датчика покрыта герметичной защитной прозрачной плёнкой из полимерного материала.
Таким образом, предложенный датчик ИК-излучения обладает избирательной чувствительностью в ближней ИК–области спектра с максимумом при длине волны 1.07-1.09 нм., совместим со стандартной кремниевой технологией, не требует охлаждения при работе и проявляет выпрямляющие свойства с коэффициентом выпрямления в зависимости от приложенного напряжения равный - 45-240.

Изобретение относиться к оптоэлектронике и может использоваться в качестве датчиков инфракрасного излучения, как в лабораторных, так и в промышленных фоточувствительных устройствах, а также в демонстрационных целях в учебных заведениях.
Описано устройство и способ для детектирования инфракрасного излучения с помощью матрицы резистивных болометров, средство для считывания болометров матрицы, средство для измерения температуры в подложке и средство для коррекции сигнала, сформированного из каждого болометра [1]. Устройство содержало монокристаллическую кремниевую подложку p-типа, сформированный на ней фоточувствительный слой, включающий слой из кремния n-типа проводимости, и омические контакты к ним. Удельное сопротивление монокристаллического кремния p-типа было не более 20 Ом*см, а фоточувствительный слой имел толщину 1.6-2.0 мкм и полностью был сформирован из аморфного кремния n-типа проводимости. Данное устройство и способ для детектирования инфракрасного излучения является конструктивно сложным и соответственно дорогим.
Известен ИК-приёмник (болометр) с большой поверхностью поглощения [2]. Приёмник состоит из мембраны с термочувствительным элементом и поглотителем электромагнитной энергии, прикрепленной к подложке с помощью токопроводящих шинок. Покрытие из тонкопленочного моно-кристального материала Bi1-xSbx (0<x<12) максимально покрывает поверхность мембраны и включает полоску, которая отделена зазорами от остальной части покрытия за исключением концов полоски, соединенных с остальной частью покрытия. Кроме того, покрытие разделено щелью на две части, электрически соединенные указанной полоской. Изготовление данного устройства является многоступенчатым, трудоемким а следовательно сложным и сравнительно дорогим.
Наиболее близким по технической сущности изобретением к заявленному по существу является датчик ИК-излучения с избирательной фото-чувствительностью в ближней ИК-области спектра, который изготавливается по способу, включающему осаждение на поверхность монокристаллической кремниевой подложки p-типа проводимости пленки аморфного Si n-типа проводимости методом высокочастотного магнетронного осаждения [3]. Горизонтально расположенная мишень диаметром 150 мм выполнена из составных частей монокристаллического кремния n-типа проводи-мости. На расстоянии 60 мм над мишенью расположен подложкодержатель из нержавеющей стали. Перед осаждением пленки аморфного Si подложки нагревались с помощью кварцевой галогенной лампы, при этом температура нагрева подложек Ts контролировалась с помощью хромель-алюмелевой термопары.
Осаждение пленки аморфного Si(n-тип) проводилось через маску размером 4x5 мм в плазме Ar. Скорость осаждения вычислялась, исходя из данных толщины пленки и времени осаждения и составляла 3.0-3.5 А/сек. После осаждения пленки отжигались без разгерметизации установки. Изготовление сенсорных структур завершалось осаждением через маску алюминиевых контактов размером 2x5 мм. Контакты формировались на поверхности пленки и на открытых участках Si подложки. Расстояние между ними равнялось 3 мм.
Спектральная зависимость фоточувствительности полученных структур аморфный Si(n-тип)/монокристаллический Si(p-тип) измерялась в диапазоне длин волн 0.5-1.2 мкм при комнатной температуре. Образцы освещались кварцевой галогенной лампой с интенсивностью освещения 1013 -1015 см-2сек-1. В ходе эксперимента стабильность источника освещения постоянно контролировалась. Измерения фоточувствительности проводились в диапазоне напряжений 0-20 В с использованием стабилизированного источника питания.
Прототип имеет следующие недостатки: во-первых, датчик содержит по существу два слоя: монокристаллического кремния и аморфного кремния, что усложняет технологию изготовления. Во-вторых, после изготовления имеется необходимость в отжиге без разгерметизации установки. Всё это в конечном счёте делает дороже технологию производства приёмника ИК излучения.
Целью изобретения является упрощение технологии изготовления гетеропереходов на основе кремния и снижение стоимости датчика ИК –излучения на их основе.
Технический результат достигается тем, что в датчик включающей подложку из монокристаллического Si p-типа проводимости с поверхностью подложки толщиной 0.4-0.5 мм и площадью 1х1 см2 нанесен слой порошка графена толщиной 10-20 мкм. В кремниевую подложку на поверхности слоя графена с обеих сторон прикреплены кольцевидные металлические электроды размером 2 мм. С лицевой стороны поверхность датчика покрыта герметичной защитной прозрачной плёнкой из полимерного материала.
Установлено, что датчик ИК-излучения обладает избирательной чувствительностью в ближней ИК–области спектра с максимумом при длине волны 1.07-1.09 нм., совместим со стандартной кремниевой технологией, не требует охлаждения при работе и проявляет выпрямляющие свойства с коэффициентом выпрямления в зависимости от приложенного напряжения равный - 45-240.
Предлагаемый датчик ИК-излучения поясняется следующими графическими изображениями, где:
на Фиг.1. приведена структура подложки p-Si;
на Фиг.2 приведена схематическая конструкция датчика ИК-излучения на основе гетероперехода p-Si-графен: где 1-подложка p-Si; 2- слой графена; 3-металлический кольцевой электрод; 4,5-омические контакты; 6- прозрачное защитное покрытие.
на Фиг.3 представлена зависимость напряжения холостого хода датчика ИК –излучения на основе гетероперехода p-Si-графен от интенсивности инфракрасного излучения.
Предложенное изобретение может быть использован для демонстрационных целей в процессе обучения, а также может изготавливаться в промышленных масштабах, т.к. технология его изготовления является простой и сравнительно дешёвой.

1. Патент Российской Федерации, № 2518348, 10.06.2014. Устройство и способ для детектирования инфракрасного излучения с помощью матрицы резистивных болометров.
2. Патент Российской Федерации, № 2511275, 10.04.2014. Наноструктурный ИК-приёмник (болометр) с большой поверхностью поглощения.
3. Патент Российской Федерации, № 2083030, 28.06.1995. Датчик ИК – излучения.