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DE2040761A1 - Infrarotempfindliches photoleitendes Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen dieses Halbleiterbauelementes - Google Patents

Infrarotempfindliches photoleitendes Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen dieses Halbleiterbauelementes

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Publication number
DE2040761A1
DE2040761A1 DE19702040761 DE2040761A DE2040761A1 DE 2040761 A1 DE2040761 A1 DE 2040761A1 DE 19702040761 DE19702040761 DE 19702040761 DE 2040761 A DE2040761 A DE 2040761A DE 2040761 A1 DE2040761 A1 DE 2040761A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
semiconductor component
component according
polycrystalline
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19702040761
Other languages
English (en)
Inventor
Lee Robert Edwin
Pan Edward Shih-To
Mcdermott Philip Stevenson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of DE2040761A1 publication Critical patent/DE2040761A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H10F71/125—The active layers comprising only Group II-VI materials, e.g. CdS, ZnS or CdTe
    • H10F71/1253—The active layers comprising only Group II-VI materials, e.g. CdS, ZnS or CdTe comprising at least three elements, e.g. HgCdTe
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
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    • H—ELECTRICITY
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Description

14. August 1970 Dr.Sciiie/E
Docket OW 968015
U.S.Serial Uo.877
Anmelderin: International Business Machines Corporation, Armonk, if. X. 10504 (V.St.A.)
Vertreter: Patentanwalt Dr.-Ing. Rudolf Schiering, 703 Böblingen/Viürtt., Westerwaldweg 4
Infrarotempfindliches photoleitendes Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen dieses Halbleiterbauelements
Die Erfindung bezieht sich auf ein infrarotempfindliches' Halbleiterbauelement« Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Halbleiterbauelements.
Erfindungsgemäß wird ein infrarotempfindliches photoleitendes Material durch Züchtung einer ternären Verbindung von der Formel Hg^1 ^Cd Te aus der gasförmigen Mischung von Quecksilber, Kadmium und Tellur auf einem Substrat hergestellt, welches ein polykristallines Wachsen fördert und · gegenüber den Teilgasen inert ist. Hierfür geeignete Materialien sind Quarz, Saphir und gewisse Glassorten, die bei den Züchtungstemperaturen der ternären Verbindung nichtschmelzbar sind.
Die erfindungsgemäße Methode züchtet das polykristalline Material bevorzugt aus einer gasförmigen Mischung von Quecksilber, Kadmium und Tellur, die auf eine Temperatur erhitzt wird, welche das Entstehen binärer Verbindungen hemmt. Dieses Gas wird dann bei der Erfindung schnell abgekühlt, um Übersättigung sehr dicht an der Oberfläche des festen, amor-
io-*tn/2oi9 - 2 - ■. ■
phen SubstratmateriaJs zu bekommen, obwohl kristalline Substrate benutzt werden können, wenn die Gitterstruktur des Kristallwachstums unverträglich ist mit dem Gitter der ternären Verbindung,
Die Erfindung bezieht sich also auf Halbleiterbauelemente in der Form ternärer Verbindungen und insbesondere auf ternäres Halbleitermaterial, das infrarotempfindlich ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf das Verfahren zur Herstellung dieses Halbleitermaterials.
Es ist bereits bekannt,ternäre Verbindungen aus den II-VI Valenzgruppen herzustellen, welche infrarotempfindlich sind. Man hatte bis Jetzt lange Zeit geglaubt, daß solche Materialien, welche strahlungsempfindlich im Infrarot-Bereich sein sollen und welche befriedigend als Halbleiter-Infrarot-Detektoren arbeiten, in ihrer Struktur monokristallin sein müßten. Die Verwendung und das Herstellen monokristallinen, strahlungsempfindlichen Materials lieferte aber wesentliche Probleme, zum Beispiel mußte bei epitaktisch hergestelltem Material das Züchtungs-Substrat sorgfältig ausgewählt sein, so daß seine Gitterstruktur bei der Züchtungstemperatur der Verbindung verträglich war mit dem Gitter der gezüchteten Schicht ο Dies beschränkte in den meisten Fällen die Wanl auf ein einziges Material und lieferte andere Einschränkungen bei der Anwendung einer Temperaturvariation als Maßnahme zur Kontrolle der Teilansätze der Verbindung. Außerdem führte die Wachstumsgröße der Monokristalle wegen der begrenzten Substratgröße und Substratform zu einer Einschränkung.
Die der Erfindung zugrunde liegende allgemeinste Aufgabe besteht darin, ein verbessertes strahlungserapfindlich.es Bauelement zu schaffen und ein Verfahren zur Herstellung dieses Bauelements anzugeben.
Ein speziolleres Ziel besteht bei der Erfindung in der
- 3 —
109822/2013
Schaffung einer stralilungsempfindlichen Vorrichtung, auch Sensor genannt, und in der Angabe eines Herstellungsverfahrens, wobei die obenerwähnten Einschränkungen im Zusammenhang mit dem monokristallinen Sensormaterial überwunden werden.
In Übereinstimmung mit dem Erfindungsgedanken wird ein Infrarot-Detektor geschaffen, bei dem polykristallines Material vorgesehen ist. Es konnte festgestellt werden» daß poljkristalline, ternäre Verbindungen mit der Formel HgQ^vCd Te, wobei χ größer als lull und kleiner als eins ist, infrarotempfindlich sind. Es kormte weiter ermittelt werden, daß Vorrichtungen, in denen ein solches Material vorgesehen ist, der theoretischen Empfindlichkeitsgrenze für spezielle Wellenlängen angenähert werden können.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Herstellung durch Züchten einer ternären Verbindung aus Quecksilber, Kadmium und Tellur, die schnell abgekühlt wird, um eine Übersättigung beim Züchten auf einem Festsubstrat, welches im allgemeinen polykristallines Wachsen fördert, zu haben.
Insbesondere wird die gasförmige Mischung übersättigt und auf einem amorphen Substrat, z. B. aus Quarz oder Glas, das im festen Zustand bleiben soll und inert sein soll in Bezug auf die Reaktionsgase, anwachsen.
Ein besonderes Glas ist das hitzebeständige handelsübliche Glas, das unter dem Handelsnamen Vycor bekannt ist (Vycor ist nach H. Eömpp Chemie Lexikon 4. Aufl. Spalte 4760 ein gegen chemische Angriffe beständiges Borsilikatglas mit ca 96% SiOo» mit xiohem Schmelzpunkt und sehr geringer Wärmeausdehnung). Polykristalline Materialien sind auch schon auf ein-
109827/701?
zelnen ^uarzkristallen, Saphirkristallen (A^Oz) und Aluminiumkristallen gezüchtet worden. Für das Substrat können auch andere Materialien verwendet werden, die den allgemeinen Kriterien Genüge leisten.
Durch die Erfindung ergibt sich, daß eine größere Freiheit in der Auswahl eines Züchtungs-Substrats erreicht wird. Wegen der größeren Fähigkeit zum Niederschlagen auf eine größere Mannigfaltigkeit von Substraten, wird es leichter möglich infrarotempfindliches Material mit anderen Halbleitermaterialien zu integrieren, um monolithische Detektorstrukturen zu schaffen. Das Anwachsen über einem breiteren Oberflächenbereich wird innerhalb der Grenzen der Züchtungsausrüstung möglich, wodurch ein größerer Ertrag bei der Produktion des Sensormaterials geliefert wird. Außerdem zeigen. Sensor-Vorrichtungen, bei denen polykristalline Verbindungen aus Quecksilber, Kadmium und Tellur verwendet sind, ein gutes Hochfrequenzverhalten.
Die Erfindung sei nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen für besonders vorteilhafte Ausführungsformen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Anlage für die Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung·
Fig. 2 ist eine Draufsicht des strahlungsempfindlichen Halbleiterbauelements nach der Erfindung.
Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Sensors nach Fig. 2.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines strahlungsempfindlichen Bauelements nach der Erfindung; in Verbindung mit einer elektrischen Schaltung für die Abfiihlung einer Infrarot-Strahlung.
10982?/?ni
Die Anordnung nach Fig. 1 zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung enthält die parallel angeordneten Heizöfen 10, 11 und 12. Diese Öfen liegen parallel zwischen einer Quelle 13 eines inerten Trägergases und einem Mischerofen 14, der wiederum mit einem Reaktionsofen 15 verbunden ist* Der Ofen 15 ist an einen Apparat 16 zum Abzug des inerten Gases in die Atmosphäre angeschlossen.
Das Ofensystem 10 enthält eine Quarzkammer 17, um die eine Heizspule 18 gewunden ist. Innerhalb der durch die Heizspule 18 festgelegten Heizzone ist ein Vorrat von elementarem Kadmium 19, vorzugsweise in Form von Kügelchen,in einem Quarzschiffchen angeordnet. Die Stromquelle und die Regulierungsorgane passenden Typs sind nicht besonders dargestellt. Sie sind unabhängig bedienbar und mit der Heizspule 18 verbunden, so daß Temperaturniveaus eingehalten werden können, damit das elementare Kadmium in den durch die Kammer 17 fließenden Wasserstoffgasstrom abdampfen kann.
Der Kanal zur Versorgung der Kammer 17 mit Wasserstoffgas enthält das Rohr 20, das mit der Kammer 17 über einen luftdichten Verschluß 21 verbunden ist. Die übliche Zuführungsleitung 24- enthält einen Flußmesser 22 und ein Strömungsventil 23.
Der Ofen 11 enthält eine Quarzkammer 25, um welche die Heizspule 26 gewunden ist, die im wesentlichen in derselben Weise wie die Heizspule 18 des Ofens 10 elektrisch angeschlossen und gesteuert ist. Innerhalb der Heizzone der Spule 26 befindet sich ein Vorrat 27 an elementarem Tellur, vorzugsweise in Kügelchenform in einem Quarzschiffchen oder dergleichen. Dieses Tellur wird verdampft und der Dampf dem Wasserstoff-Gasstrom hinzugefügt, welcher durch die Kammer 25 fließt. Der Trägergas-Kanal zum Ofen 11 enthält eine Röhre 28, die durch einen luftdichten Verschluß 29 an die Kammer 25 angeschlossen ist, und über den Flußmesser 30und über das Flußventil mit
. - 6 109827/7013
- 6 der Versorgungsleitung 24 verbunden ist.
Der Ofen 12 enthält eine T-förmige Quarzröhre 32, deren einer Zweig durch ein luftdichtes Verschlußorgan 33 mit der Röhre 34 und über den Flußmesser 35 und über das Ventil 36 mit der Versorgungsleitung 24 verbunden ist. Der zweite Zweig der Kammer 32 ist mit der Quecksilberquelle 37 verbunden. Flüssiges Quecksilber 38 wird durch Schwerkraft aus einem äußeren Reservoir 39 über die Verbindungsleitung 40 zur Quelle 37 geführt.
Eine elektrische Spule 41, welche um die gesamte Quelle 37 sowie um dBn gesamten Verbindungsbereich der Röhre 32 gewunden ist, ist elektrisch an eine Stromquelle und an Regelorgane geeigneten Typs angeschlossen, so daß das Quecksilber bei vorgegebener Temperatur und Druckniveaus in den durch die Röhre 32 fließenden Gasstrom abdampfen kann.
Die Verbindung der Röhre 32 mit der Quelle 37 ist vorzugsweise lang ausgeführt, und die Wicklung der Spule 41 ist derart eingerichtet, daß eine Messung der Vorheizung des Quecksilberdampfes vor seiner Zugabe an den Wasserstoffgasstrom in der Röhre 32 möglich ist. Der Fluß des Wasserstoffstromgases aus der Quelle 13 wird in geeigneter Weise gemessen für Regelorgane, zum Beispiel durch eine an die Zuführungsleitung 24 angeschlossene Schaumblasensäule 42 oder dgl.
Der Mischerofen 14 enthält eine zylindrische Quarzkammer 43» die völlig mit einer Heizspule 44 umwunden ist. Diese Heizspule 44 ist in geeigneter Weise mit der Stromquelle und nicht besonders gezeigten Regelorganen verbunden, welche unabhängig betätigbar sind, um die Temperatur der Mischerkammer 43 auf Niveaus zu halten. Dies die.nt dazu, eine genaue Bestandteilkontrolle sicherzustellen.
10982?/?013 .
Das Wasserstoffträgergas fließt mit den Bestandteilgasen aus den Ofen 10, 11 und 12 in die Kammer 43, wo die Mischung durch eine Reihe von Staukörpern 4-6-49 hergestellt wird.
Der Reaktionsofen 15 enthält eine zylindirsche Reaktionskammer 50 aus Quarz, ein Paar koaxialer Heizspulen 51 und 52, die um die Kammer 50 gewunden sind, und eine Vorrichtung zum Tragen eines Züchtungs-Substrats 58 an einer wählbaren Züchtungsortsposition innerhalb der Kammer und relativ zu den Heizspulen.
Die Reaktionskammer 50 ist vorteilhaft mit einem entfernbaren zylindrischen Abschnitt 53 eingerichtet. Dieser ist mit einer zentralen Öffnung versehen und enthält Verbindungen mit dem Rest der Reaktionskammer am luftdichten Verschluß 54.
Der Substrat-Support enthält eine zylindrische Fußröhre 56j die durch die zentrale Öffnung des Bodenabschnittes 53 eingesetzt ist. Zwischen der Fußröhre 56 und dem Kammerabschnitt 53 sind Dichtungen, z. B. 0-Ringe 57» vorgesehen. Durch geeignete Mittel, z. B. einem Federbügel 59» wird das Substrat 58 festgehalten.
Das Kühlsystem enthält einen Heiz-Senke-Zylinder 60 aus Silber, der in die Fußröhre 56 eingeführt ist, und die Röhre 61, die über den Flußmesser 62 an eine Luft-Kühlmittelangeschlossen ist.
Sowohl die Konstruktion der Heiz-Senke 60 als auch die des Federbügels 59 können auch anders als dargestellt gewählt werden. In der Reaktionskammer 50 ist ein Einblickteil 63 vorgesehen, das im Hauptbereich der gewünschten Züchtungsstelle liegt. Ein Abzug des Trägergases aus dem System ist; durch die R:"hre 64 über das Ventil 65 au einer Kühlfalle 66
geschaffen. Wenn das Trägergas beim Abzug zu verbrennen ist, wie im Falle der Verwendung von "Wasserstoff, dann ist eine Zündvorrichtung, z. B. Spule 67» vorzusehen. Das System ist auch mit der Röhre 64 über die Röhre 68 und über das Ventil 69 an eine Vakuumpumpe angeschlossen.
Die Heizspulen 51 und 52 sind vorteilhaft an getrennte Stromquellen und Regelorgane angeschlossen. Sie sind zweckmäßig längs der Reaktionskammer relativ in Längsrichtung beweglich angeordnet, so daß sich eine Lücke 70 als Mittel der Regulierung thermischer Gradienten ergibt.
Ein besonderes Merkmal in der Anlage nach Fig. 1 ist der Einsatz des Substrates 58> welches die Züchtung der polykristallinen Stoffe aus Quecksilber, Kadmium und Tellur bewirkt» Im allgemeinen umfaßt die Erfindung ein Festkörpermaterial, welches amorph ist oder welches bei der Züchtungstemperatur eine Gitterstruktur aufweist, welche das Anwachsen von Dendriten oder Kristalliten fördert und welche chemisch inert bleiben werden. Zum Beispiel werden die Bestandteile des Substrats weder mit den Züchtungs-Bestandteilen reagieren, um die grundlegende ternäre Verbindungszusammensetzung zu ändern, noch als Störstoff reagieren. Die Klasse von Materialien, bei denen diese Forderungen anzutreffen sind, ist ziemlich groß, Jedoch waren spezifische und erfolgreich zu benutzende Materialien die Stoffe Saphir (AIqO^), '^uarz, Hochtemperaturglas, z. B. Vycorglas, und fein?-;ekörntes pdykristallines Aluminium. Andere Substanzen könnten auch verwendet werden, vorausgesetzt sie bleiben bei der Züchtungstemperatur fest.
Eine weitere wünschenswerte Bedingung für gewisse Benutzungen des Sensors besteht darin, daß das Substrat aus richtleitendem Material bestehen soll, obgleich geeignete leitende oder hai leitende Liaterialien nützlich sein könnten·
1098??/?ni
Dem Züchtungsprozeß des polykristallinen! Hg Cd Te geht eine erste Vorreinigung in einem Dampfentfetter und eine Säureätzung voraus.
In einem besonderen, vorteilhaften Ausführungsbeispiel wurde eine Saphirscheibe von etwa lern Durchmesser und 51OyU m Dicke ausgewählt. Diese wurde in einem Ultraschallreiniger entfettet und mit einer Ealiumbichromatsäurelösung während mehrerer Minuten überschwemmt.
Die Größe und die Dicke des Substrats ist offen nach Wahl und hängt ab von dem Ausmaß der Größe und den Temperaturmöglichkeiten der Züchtungsvorrichtung. Die Dicke hängt zum Beispiel von der Leitfähigkeit des Substratmaterials ab. Bei der Benutzung der Züchtungsanordnung nach Fig. 1 ist es wichtig, daß der kalte Finger und das Fußteil in der Lage sind, die Temperatur des Substrats an seiner Züchtungsoberfläche auf die verlangte Temperatur zu reduzieren, um die Bildung der polykristallinen ternären Verbindung zu fördern»
Vor dem Einführen des Saphir-Substrats in die Züchtungskam_ mer werden das Fußteil 56 und die Züchtungskammer 50 von Produkten vorheriger Prozesse gereinigt.
Das Verfahren nach der Erfindung schließt die Plazierung des Quellenmaterials in den Öfen 10, 11 und 12 sowie das Versiegeln der Vorrichtung, das Evakuieren des Systems über das Ventil 69 und die anschließende Einführung von Wasserstoff gas (oder eines anderen inerten Trägers) aus der Quelle 13 und den Abzug in die Atmosphäre sowie die Zündung durch die Spule 16 ein. Die Vakuumpumpe wird dann gestoppt und das Ventil 69 geschlossen.
Darm werden die öfen 10, 12, 14 und 15 eingeschaltet und graduell auf einen gewünschten Temperaturpegel gebracht.
- 10 -
'1Q982?7?O.13
- ίο -
Zu Anfang werden mit Kadmium und Quecksilber angereicherte Ströme durch den Ofen 14 fließen. Der Züchtungsvorgang wird Jedoch nicht eintreten, und das Kadmium und das Quecksilber werden im unteren Teil der Kammer 50 kondensieren. Schließlich wird der Ofen 11 eingeschaltet, um das Tellur aus der Quelle 27 in den Wasserstoffgasstrom zu verdampfen, der in die Kammer 25 einfließt.
Zu diesem Zeitpunkt wird Kühlluft der Heizsenke 60 zugeführt, womit die Temperatur des Saphir-Substrats auf den gewünschten Pegel der Zuchtproduktschicht gesenkt wird.
Bei einem besonderen Verfahrensablauf waren folgende Daten bei "Verwendung eines Saphir-Substrates und bei einer Durchflußgeschwindigkeit des Wasserstoffgases von 60 cnr pro Minute eingesetzt:
Quellentemperatur im Ofen 10 (Kadmium) 370° C
Quellentemperatur im Ofen 11 (Tellur) 515° C
Quellentemperatur im Ofen 12 (Quecksilber) 280° C
Temperatur im Mischerofen 14- 850 C
Temperatur im Reaktionsofen 15 800° C
Temperatur der Wärmesenke 605° C.
Mit diesen Betriebsdaten wurde nach einer Betriebsdauer von etwa zwei Stunden ein polykristallines Material an der Oberfläche des Saphir-Substrats 58 gebildet. Am Schluß des "Verfahrensganges wurden die Quellenöfen 10 und 11 und die Mischer- und Reaktionsöfen 14 und 15 abgeschaltet. Der Quellenofen 12 blieb eingeschaltet, nachdem die anderen öfen abgeschaltet waren. Damit konnte der Quecksilber-Dampfdruck innerhalb der vorgeschriebenen Niveaus in der Kaiumer 50 bleiben und verhindert werden, daß sich Quecksilber aus dem gezüchteten Material verflüchtigt,nachdem die Heizsenke 60 abgeschnitten ist. Der Quellenofen 12 bleibt solange in Be-
- 11 -
1098??/?013
- li - -
trieb, bis die Reaktionskammer 50 eine Temperatur von 100 C für das HG Cd Te erreicht. Sie wird dann abgeschaltet und .zur Atmosphäre geöffnet.
Bei der Überprüfung des gezüchteten Materials wurden dendritische Eigenschaften mit einer zufälligen Verteilung über im wesentlichen den gesamten Züchtungsbereich beobachtet. Sine Auswertung des gzüchteten Materials mit X-Strählen ergab die folgenden Prozentzahlen der X-Strahlen-Zählungen der Bestandteilelemente: -
Quecksilber 92,01
Kadmium 2,41
Tellur 5,61
Die nach den vorstehenden Daten gebauten Sensoren nach der Erfindung zeigten eine Wellenlängen-Empfindlichkeit von 11 Mikron mit einem D-Stern (500° K, 1000 Schwingungen pro Sekunde) -Größe von 10 .
Das in den Figuren 2 und 3 dargestellte Sensorelement 71, bei dem das gezüchtete polykristalline Material verwendet ist, enthält das Züchtungs-Substrat 58, die polykristalline Schicht 72 und ein Paar getrennter Dünnschichtelektroden 73 und 74. An den uchichtelektroden 73 und 74 sind Zuleitungen 75 und 76 für einen Anschluß an eine äußere Schaltung befestigt.
Die Methode zur Anbringung der Goldschichtelektroden 73 und enthält die Maskierung eines Streifens der polykristallinen Schicht 72 unter Verwendung eines inerten Drahtes oder Bandes, z. B. aus Nickelchrom. Auf den nichtmaskierten Bereich wird dann eine Goldschicht aufgedampft. Die Maske wird anschließend auf physikalischem Wege entfernt,um die maskierte Zone zu exponieren.
- 12 —
Danach werden Golddrähte 75 und 76 von 24,4 λι m an die Schichtelektroden 73 und 7^ durch ein Indium-Schweißmittel und durch ein leitendes Silber-Epoxyd festgemacht. Es können auch andere, an sich bekannte Methoden der Maskierung und des Befestigens verwendet werden.
y/ie vorstehend erörtert wurde, besteht das Substrat 58 aus Saphir, i^uarz (monokristallin oder polykristallin) Aluminium oder Vycor. Da Saphir, Quarz oder Vycor gegen Infrarotstrahlung durchlässig sind, kann der Sensor 71 überall dort benutzt werden, wo die Schicht 72 exponiert wird, entweder direkt mit der Infrarotstrahlung oder indirekt über das Substrat 58.
Vorrichtungen nach der Erfindung des in den Figuren 2 und gezeigten Typs wurden mit den Eigenschaften nach den obigen Beispielen und nach der Tabelle produziert. Sie haben eine Ansprechempfindlichkeit von 3 Nanosekunden.
In Fig. 4 ist die Schaltung für eine Testanordnung schematisch dargestellt. Bei einem Testtyp ist die strahlungsempfindliche Vorrichtung in einer Kühlkammer 77 angeordnet, wobei als Kühlmittel flüssiger Stickstoff verwendet wird, und hinter einem Schwarzkörperstrahler 78 plaziert, dessen Temperatur durch einen Temperaturregler 79 auf 500° K genau einstellbar ist.
Ein Strahlungsunterbrecher, z. B. eine rotierende Lochscheibe 80,wird mit einer Unterbrechungsgeschwindigkeit von 500 und 1000 Hertz betrieben. Die Anschlußdrähte 74 und 75 der strahlungsempfindlichen Vorrichtung sind mit einem Verstärker und einer Vorspannungsschaltung 81 verbunden. Der Auspang der Schaltung 81 führt zum Eingang dos Me.llenauswertegcrätes 82. Verstärker und Vorspannun^süchaltung: 81 und das Auswertegerät sind an sich 'ekannt. In besonderen Test-
1098??/?M τ
BAD ORIGINAL
fällen war der verwendete Verstärker und die Vorspannungsschaltung 81 ein Perry Mod-600 Gerät, und der Analysator 82 war ein HP 302 A-Gerät.
Bei der Verwendung der in Fig· 4 gezeigten Versuchsschaltung wurde bei einer Unterbrechergeschwindigkeit von 13 bis 250 Hertz ein Spitzenansprechen von 11 Mikrons gemessen,
während der gemessene D-Stern 10 beträgt. Die gezeigte Apparatur ist für D-Stern-Messung geeignet.
Bei Wellenlängenmessungen wird ein Monochromator oder dergleichen (nicht dargestellt), zwischen die Unterbrecherscheibe 80 und dem Detektor 71 eingefügt· Bei Verwendung eines Monochromators kann es notwendig werden, die Temperatur des schwarzen Körpers zu erhöhen, um die Energieverluste im Monochromator auszugleichen.
Andere Beispiele für das Muster und für die Verfahrensbedingungen sowie für die Resultate ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle.
Tabelle I .
Küster 105 Substrat Ofentemperatur Mischer-
Nummer 83 in Celsius Ofentemp.
93 Hg Cd Te in Celsius
CK 80 Saphir 280 370 515 850
GK 55 Saphir 300 370 515 850
GK 111 Saphir ■ 280 370 515 850
GK 61 Sapriir 285 370 515 850
CK Quarz
(amoijii)
Aluminium		 27O 370 515 · 850
CK Vycor 280 370 515 850
CK 280 370 515 850
1O982?/?013
- 14 Tabelle I (fortgesetzt)
Wärme Reakt. Auswertung Wellen D-
Senke
C0 		Ofen
C0 		X-3trahl-
Fluoresz.Zahlen
Hg Cd Te		 länge
Mikron		 Stern
603 800 91,6 :.:,6 5,8 11 108
590 800 92,6 -J1O 4,4 10 109
615 800 91,7 2,9 5,4 10 108
590 800 91,4 5,8 4,7 6 109
585 800 89 5,4 5,6 8 107
600 800 97,8 1,5 5,7 12 106
583 800 88,8 5,9 5,3 8 107
In den vorstehenden Beispielen lagen die Substrat-Abmessungen innerhalb von 1 bis 2 cm für den Durchmesser und. 510 bis 1020 /U m für die Dicke. Die Züchtungszeiten waren nominell zwei Stunden bei einer Durchflußgeschwindigkeit in jeaem der Öfen 10, 11 und 12 von 60 cm pro Minute. Die
2 polykristallinen Schichten wurden in Größen von 1 bis 2 cm erzeugt.
Patentansprüche
- 15 -
1098??/?013

Claims (11)

Patentansprüche
1.) Infrarotempfindliches photoleitendes Halbleiterbauelement mit einem polykristallinem Halbleiterkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der polykristalline Halbleiterkörper (72) aus einer ternären Verbindung aus Quecksilber, Kadmium und Tellur der Formel Hg^1 \ Cd Te besteht, wobei χ größer als Null und kleiner als eins ist.
2.) Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (58) für den Halbleiterkörper (72) aus einem Material besteht, welches die Bildung einer polykristallinen ternären Kristallzüchtung fördert.
3.) Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratkörper (58) aus Saphir besteht.
4.) Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratkörper (58) aus Quarz bestehto
5.) Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratkörper (58) aus Aluminium "besteht.
6.) Halbleiterbauelement nach den Ansprächen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratkörper (58) aus Borsilikatglas mit ca 96% SiOp besteht.
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7·) Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratkörper (58) amorph ist.
8.) Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (73» 7^) Gold-Dünnschichtelektroden sind.
9.) Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratabmessungen 1 bis 2 cm im Durchmesser und 500 bis 1000 /U m in der Dicke betragen.
10.) Verfahren zum Herstellen eines infrarotempfindlichen photoleitenden Halbleiterbauelements nach den Ansprächen 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine gasförmige Mischung aus den Dämpfen von Quecksilber, Kadmium und Tellur in einer Reaktionskammer (14) gebildet wird, welche eine binäre Kombination der Mischungspartner verhindert, und daß eine rasche Übersättigung dieser Gasmischung und Kondensation auf einem Festkörper-Substrat (58) zur Förderung polykristallinen Wachsens auf einer Oberfläche dieses Substrats (58) bewerkstelligt wird.
11.) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substratkörper (58) verwendet wird, dessen Gitterstruktur bei der Züchtungstemperatur des ternären Halbleiterkörpers einen polykristallinen Niederschlag der Verbindungselemente fördert·
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