DE3033457A1 - Verfahren zur herstellung einer infrarotstrahlungsdetektoranordnung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer infrarotstrahlungsdetektoranordnung

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DE3033457A1 DE19803033457 DE3033457A DE3033457A1 DE 3033457 A1 DE3033457 A1 DE 3033457A1 DE 19803033457 DE19803033457 DE 19803033457 DE 3033457 A DE3033457 A DE 3033457A DE 3033457 A1 DE3033457 A1 DE 3033457A1
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Description

  • "Verfahren zur Iters teilung einer Iii£raro £ ürahluligsue tek-
  • t oranordnung Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von Infrarotstrahlungsdetektoranordmingen, insbesondere, aber nicht ausschliesslich photovoltaischen Detektoren mit photoempfindlichen pn-Ubergängen.
  • In der britischen Patentschrift (GB-PS) 1 568 958 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Infrarotstrahlungsdetektoranordnung beschrieben, bei dem wenigstens ein Teil einer Oberfläche eines Körpers aus Quecksilbercadmiumtellurid einer Umwandlungsbehandlung unterworfen wird, um eine Oberflächenschicht auf dem Körper zu erzeugen, wonach ein Erhitzungsschritt durchgeführt wird. In den in der genannten GB-PS 1 568 958 beschriebenen Detektoranordnungen -wird die Oberflächenschicht durch elektrolytische Anodisierung des Quecksilbercadmiumtellurids erzeugt und wird dazu verwendet, auf der Oberfläche des Körpers der Anordnung eine schützende und passivierende Schicht anzubringen, die die Detektionsfähigkeit der Anordnung vergrössert. Der Erhitzungsschritt ist eine beliebige Ausheizbehandlung für die Detektoranordnung bei einer Temperatur im Bereich von 6000 - 700C, die dazu dienen kann, die Eigenschaften der Anordnung zu verbessern, z.B. dadurch, dass das Quecksilbercadmiumtelluridmaterial der Detektoranordnung aus ge glüht wird. Diese anodische passiverende Oberflächenschicht wird insbesondere, aber nicht ausschliesslich auf photoleitenden Detektoren erzeugt, und zwar auf Detektoren, bei denen die Wirkung auf der Eigenphotoleitfähigkeit des Quecksilbercadmiumtellurids basiert. In der GB-PS 1 568 958 ist aber auch erwähnt, dass eine solche anodische passiverende Schicht auf der Oberfläche eines Körpers einer photovoltaischen Detektor anordnung erzeugt werden kann. In diesem Falle wird ein pn-Ubergang zunächst auf eine bereits bekannte Weise in dem Quecksilbercadmiumtelluridkörper gebildet, wonach die passivierende Oberflächenschicht durch elektrolytische Anodisierung wenigstens eines Teiles der Hauptfläche des Detektorelements gebildet wird, über die die zu detektierende einfallende Strahlung zum pn-Ubergang fliesst. Die Wirkung eines photovoltaischen Detektors basiert auf der Erzeugung einer Photospannung durch den photoempfindlichen pn-Ubergang und somit ist die Qualität für diesen Ubergang von wesentlicher Bedeutung für die Erhaltung günstiger Detektoreigenschaften. Die in -der GB-PS 1 568 958 beschriebene Erfindung einer Anodisierungsbehandlung bezieht sich nicht auf die Bildung eines photoempfindlichen pn-Ubergangs und tatsächlich auch nicht auf irgend einen pn-Ubergangstyp.
  • Da in gewissen Hinsichten photovoltaische Detektoren potentiell als den photoleitenden Detektoren überlegen betrachtet werden, was z.B. ihrer grösseren Ansprechgeschwindigkeit, ihrer niedrigeren Verlustleistung und der Möglichkeit ihrer Wirkung ohne eine äussere Vorspannungsquelle zuzuschreiben ist, hat sidiwährend längerer Zeit der Bedarf ergeben, photovoltaische Detektoren herzustellen, wobei das oder jedes Element des Detektors aus Quecksilbercadmiumtellurid besteht. Dies erfordert die Erzeugung von pn-Ubergängen hoher Güte im Material und die Bildung von Kontakten mit den Gebieten auf gegenüberliegenden Seiten der pn-Ubergänge. pn-Ubergänge hoher Güte eignen sich auch besonders gut für Isolierungszwecke in photoleitenden Detektoren.
  • Es wurden mehrere verschiedenartige Verfahren zur Bildung von pn-Ubergängen in Quecksilbercadmiumtellurid vorgeschlagen. Es wurde gewunden, dass die elektrischen Eigenschaften des Materials dadurch beeinflusst werden können, dass ein stöchiometrisches Ungleichgewicht der Bestandteile des Materials herbeigeführt wird oder eine Dotierung mit einem Fremdelement stattfindet. Im ersteren Falle können n-leitende Eigenschaften durch Zwischengittercadmium- oder Quecksilberatome und können p-leitende Eigenschaften durch Quecksilber- undbder Cadmiumleerstellen oder Zwischengittertelluratome herbeigeführt werden.
  • Bei der Bestimmung der Leitungseigenschaften von Quecksilbercadmiumtellurid muss Rücksicht auf die Temperatur genommen werden, bei der die genannten Eigenschaften wahrgenommen oder benutzt werden, weil derartige Eigenschaften temperaturabhängig#sind, in dem Sinne, dass für Material einer besonderen Zusammensetzung eine Temperatur besteht, bei der eine Umkehr der Leitungseigenschaften stattfinden kann. So weisen z.B. gewisse Materialzusammensetzungen, die zur Bildung der Elemente von Detektoren für Betrieb bei 77° benutzt werden, n-leitende Eigenschaften bei'der Umgebungstemperatur auf, während sie dagegen bei der Betriebstemperatur p-leitende Eigenschaften aufweisen. Ausserdem ist es für gewisse Materialzusam-= mensetzungen, bei denen die Leitungseigenschaften eines besonderen Gebietes in dem Körper durch einen Uberschuss oder ein Defizit an einem der Bestandteile herbeigeführt werden, möglich, dass das Vorhandensein von pn-Ubergangseigenschaften bei einer gewissen Temperatur, z.B. bei der Umgebungstemperatur, nicht wahrnehmbar ist, aber dass solche pn-Ubergangseigenschaften natürlich bei einer anderen Temperatur, und zwar der beabsichtigten Betriebstemperatur, die z.B. 770K sein kann, wahrgenommen und benutzt werden können. Ausserdem ist der Ausdruck "Eigenschaften eines gewissen Leitungstyps bei einer gewissen Temperatur" in weitem Sinne aufzufassen, derart, dass diese Eigenschaften in einem Temperaturbereich vorher aschen können, innerhalb dessen die genannte gebisse Temperatur liegt.
  • Um einen an die Oberfläche grenzenden Teil eines Körpers aus einem Material das bei der Betriebstemperatur des Detektors p-leitenden Eigenschaften aufweist in Material mit n-leitenden Eigenschaften bei dieser Temperatur umzuwandeln, kann bekanntlich Quecksilber in einen derartigen p-leitenden Körper dadurch eindiffundiert werden, dass der Körper und eine Menge Quecksilber in einer abgedichteten Kapsel erhitzt werden. Unter Verwendung dieses Vorgangs ist es möglich, ziemlich flache pn-Ubergänge zu erzeugen und ein Detektorelement aus einem derartigen Körper dadurch herzustellen, dass eine Mesastruktur gebildet wird, aber dabei bleibt der pn-Ubergang an den Seitenflächen des Elements ungeschützt. Dies ist unerwünscht, es sei denn, dass besondere Massnahmen getroffen werden, um die Seitenflächen zu schützen. Ausserdem erfordert, wenn ein aus einer Anzahl von Detektorelementen bestehender Detektor gebildet werden soll, die Erzeugung der Elemente in einem gemeinsamen Körper geregelte Atztechniken, während die Anbringung von Kontakten mit den einzelnen Mesa-Elementen Probleme ergibt, wenigstens sofern es nicht gut möglich ist, ein gedrucktes Kontaktmuster mit den Gebieten an den oberen Flächen der einzelnen Detektorelemente zu verwenden.
  • Zur Herstellung sogenannter "planarer" Detektorelemente wurde vorgeschlagen, in einem anfänglich homogenen Körper von einem bestimmten Leitungstyp lokalisierte Gebiete vom entgegengesetzten Leitungstyp dadurch zu erzeugen, dass ein Fremdelement, z.B. Aluminium, selektiv in das Kristallgitter durch Diffusion oder Ionenimplantation eingeführt wird, wobei eine Schicht auf-der Oberfläche selektiv gegen eine solche Eijl1'#1rung einer Verunreinigung maskiert. Die Erzeugung geeigneter Maskierungsschichten und die Durchführung von Verunreinigungseinführungstechniken haben sich jedoch als zeitraubend und, sofern es die letzteren Techniken anbelangt, als aufwendig erwiesen.
  • Es wurden andere Verfahren vorgeschagen, um pn-Ubergänge in Quecksilbercadmiurntellurid zu bilden.
  • Diese umfassen die Anbringung von Schichten verschiedener Leitungstypen durch Epitaxie aus der Dampfphase, die Implantation von Quecksilber unter Verwendung einer Photoresistmaskierung, die Zerstä@bung von Gold oder Aluminium in durch Zerstä@bung abgelagertes Quecksilbercadmiumtellurid, sowe die Diffusion voii Gold aus einer abgelager- ten goldhaltigen Schicht.
  • Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Infrarotstrahlungsdetektoranordnung, bei dem wenigstens ein Teil einer Oberfläche eines Körpers aus Quecks ilbercadmiumtellurid einer Umwandlungsbehandlung unterworfen wird, um eine Oberflächenschicht auf dem Körper zu erzeugen, wonach ein Erhitzungsschritt durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die genannte Umwandlungsbehandlung erzeugte Oberflächens eh ich t eine genügende Menge eines diesem Körper entzogenen Elements enthält, um danach als eine Quelle zur Wiedereinführung des genannten Elements in den genannten Körper zu dienen, wobei dieses Element ein Bestandteil des genannten Körpers und derartig ist, dass, wenn es in einer überschüssigen Konzentration im Material des genannten Körpers vorhanden ist, die Eigenschaften n-leitenden Materials bei der Betriebstemperatur der Detektoranordnung erhalten werden, und dass die genannte Oberflächenschicht während des genannten Erhitzungsschrittes auf eine Temperatur über 10000 erhitzt wird, um eine Menge des genannten Elements von der Oberflächenschicht in ein darunterliegendes Gebiet des Körpers einzuführen, damit ein pn-Ubergang in dem Körper gebildet wird.
  • Dieses Verfahren basiert auf der überraschenden Entdeckung, dass es möglich-ist, auf reproduzierbare Weise einen pn-Ubergang genügend hoher Güte für einen Detektor (z.B. zur Anwendung als der photoempfindliche tybergang einer photovoltaischen Detektoranordnung) zu bilden, und zwar durch das einfache Verfahren zur Entnahme von dem Körpermaterial selbst (z.B. durch eine elektrolytische Anodisierungsbehandlung) einer Quelle eines Elementbestandteiles des genannten Körpers zum Erhalten n-leitender Eigenschaften und durch anschliessende Erhitzung auf eine Temperatur über 10000, um den genannten Elementbestandteil wieder in das unterliegende Gebiet einzuführen und den genannten pn-Ubergang zu bilden. Ausserdem kann diese Quelle leicht auf einer Körperoberfläche lokalisiert wer- den, so dass sogar planare Detektorelemente auf diese einfache Weise gebildet werden können.
  • So liegt bei einer wichtigen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung während des Erhitzungsschrittes die genannte Oberflächenschicht örtlich auf einem Teil einer Hauptfläche des Körpers, während das unterliegende Gebiet mit n-leitenden Eigenschaften, das durch die genannte Einführung des Elements erzeugt wird, nur örtlich an die genannte Hauptfläche grenzt, so dass sich der gebildete pn-Ubergang bis zu der Hauptfläche erstreckt, derart, dass er wenigstens teilweise an der genannten Hauptfläche endet. Vorteile einer derartigen planaren Struktur, z.B. in bezug auf die Anbringung von Kontakten, wurden bereits früher beschrieben, aber wie nachstehend beschrieben werden wird, kann diese Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung für die Herstellung vieler verschiedener Detektoranordnungen, einschliesslich monolitischer Konfigurationen, verwendet werden.
  • Vorzugsweise wird die die Elementquelle enthaltende Oberflächenschicht auf Quecksilbercadmiumtellurid erzeugt, das bei der genannten Betriebstemperatur der Anordnung die Eigenschaften p-leitenden Materials aufweist, so dass der genannte Erhitzungsschritt bewirkt, dass das genannte unterliegende Gebiet die Eigenschaften n-leitenden Materials bei der genannten Betriebstemperatur der Anordnung erhält, während der nächstliegende Teil des genannten Körpers die genannten 1>-leitenden Eigenschaften beibehält, um den genannten pn-Ubergang in dem Körper zu bilden. Dieser Vorgang geht besonders einfach vor sich.
  • Ein komplexerer Vorgang kann jedoch verwendet werden, bei dem die genannte Oberflächenschicht auf Quecksilbercadmiumtellurid erzeugt wird, das bei der genannten Betriebs temperatur der Anordnung die Eigenschaften n-leitenden Materials aufweist, und bei dem der gennunte Erhitzungsschritt bewirkt, dass das unterliegende Gebiet die genannten n-t-eit#nden 1Digensciiaf# (-II infolfre der genannten Einführung des Elements von der genannten Oberflächenschicht beibehält, während der nächstliegende Teil des genannten Körpers durch den genannten Erhitzungsschritt in Material umgewandelt wird, das bei der genannten Betriebstemperatur der Anordnung p-leitende Eigenschaften aufweist, wodurch der genannte pn-Ubergang in dem Körper gebildet wird.
  • Dieser komplexere Vorgang kann schwieriger auf reproduzierbare Weise durchgeführt und gesteuert werden, insbesondere wenn von einem n-leitenden Körper ausgegangen wird und eine hohe Temperatur im Erhitzungsschritt für die Umwandlung des Leitungstyps erforderlich ist. Bei einer abgewandelten Ausführungsform dieses komplexeren Vorgangs, die jedoch mehr Verfahrensschritte erfordert, wird von einem Körper aus Quecksilbercadmiumtellurid ausgegangen, der bei der genannten Betriebstemperatur der Anordnung die Eigenschaften p-leitenden Materials aufweist, wobei vor der Erzeugung der genannten Oberflächenschicht Quecksilber in mindestens eine Oberfläche des genannten Körpers eindiffundiert wird, um einen an die Oberfläche grenzenden Teil des genannten Körpers zu bilden, der bei der genannten Betriebstemperatur der Anordnung die Eigenschaften n-leitenden Materials aufweist; danach wird die genannte Oberflächenschicht auf dem genannten an die Oberfläche grenzenden Teil erzeugt, während der genannte Erhitzungsschritt bewirkt, dass n-leitende Epnschaften im-genannten unterliegenden Gebiet beibehalten werden und Ausdiffusion von Quecksilber aus einem freigelegten Teil des genannten an die Oberfläche grenzenden Teiles stattfindet, um den genannten Teil in Material umzuwandeln, das bei der genannten Betriebstemperatur der Anordnung die genannten p-leitenden Eigenschaften aufweist.
  • Bei einer besonderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung umfasst die genannte Behandlung zum Erzeugen der Oberflächenschicht die elektrolytische Anodisierung des Quecksilbercadminmtellurids.
  • s WllrdO gEfllNdell, dazu es durch elektrolytische Anodiisierung und anschliessende Erhitzung auf eine Temperatur über 100 0C scheibenförmiger Körper aus Quecksilbercadmiumtellurid (H#(1#x) Cd Te) u.a. möglich ist, (a) pn-Ubergänge x gewünschter Güte und mit photoempfindlichen Eigenschaften bei der Umgebungstemperatur in Material zu bilden, das einen Wert von x im Bereich von 0,30 - 0,35 aufweist, wobei das genannte Material und die so gebildeten Ubergänge z.B. für die Anwendung in photovoltaischen Detektoren geeignet sind, die für den Betrieb im Wellenlängenbereich von 3 - 5 /um bei der Umgebungstemperatur bestimmt sind, und (b) pn-Ubergänge gewünschter Güte und mit photoempfindlichen Eigenschaften bei 770K in Material zu bilden; das einen Wert von x im ganzen Bereich von 0,15 - 0,35 aufweist, wobei das genannte Ma-terial und die so gebildeten Ubergänge, abhängig von dem Wert von x, z.B. für die Anwendung in photovoltaischen Detektoren, die für den Betrieb im Wellenlängenbereich von 8 - 14 um bei 77° K bestimmt sind, und für Anwendung in photovoltaischen Detektoren geeignet sind, die für den Betrieb im Wellenlängenbereich von 3 - 5 /um bei 770K bestimmt sind. Die exakte physikalische Mechanismus, durch den die Umwandlung des Leitungstyps erhalten wird, lässt sich nicht völlig erklären, aber angenommen wird, dass im besonderen Falle einer elektrolytischen Anodisierung von Quecksilbercadmiumtellurid eine Oberflächenschicht erzeugt wird, die reich an Quecksilber ist, wobei dieses Quecksilber möglicherweise in Form von Mercurioxid eingebaut wird. Der anschliessend durchgeführte Erhitzurlgsschritt auf eine Tempe ratur über 100 0C ergibt möglicherweise freies Quecksilber, das in das unterliegende Körpermaterial eindiffundiert.
  • Zu gleicher Zeit dient die anodisch erzeugte Oberflächenschicht als eine Ausdiffusionsmaske freien Qiecksilbers von dem unterliegenden Material. Auf diese Weise wird Quecksilber wahrscheinlich in das Kristallgitter eingelagert, wodurch n-leitende Eigenscllãften in dem unterliegenden Gebiet erhalten werden.
  • Es sei bemerkt, dass dieser Effekt nicht durch Durchführung der Verfahreussotirit Le eriial eii wird, die in der genannten vorveröffentlichten GB-PS 1 568 958 im Namen der Anmelderin beschrieben sind. In den photoleitenden Detektoren nach der GB-PS 1 568 958 hätte eine solche Einführung von Quecksilber in das n-leitende Detektorgebiet die Oberflächendotierungskonzentration auf n+ vergrössert, wodurch die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit vergrössert und die passivierende Wirkung der anodischen Oberflächenschicht herab-gesetzt werden würde.
  • Dies steht im Widerspruch zu den gestellten Anforderungen.
  • Auch hätte eine solche Einführung von Quecksilber in die photovoltaischen Detektoren nach der GB-PS 1 568 958 die erhaltenen Eigenschaften des photoempfindlichell vorher im Detektorkörper gebildeten pn-Ubergang beeinträchtigt und könnte sogar z.B. zur Zerstörung oder zum Kurzschluss des genannten pn-Ubergangs führen. Da die anodisch erzeugte Oberflächenschicht nicht eine unendliche Quecksilberquelle bildet, werden die erhaltenen Eigenschaften des unterliegenden Materials, insbesondere die Eigenschaften und die Tiefe des gebildeten pn-Ubergangs, in grossem Masse von den Erhitzungsbedingungen, und zwar der Zeit und der Temperatur, und von der anfänglichen Dicke der anodisch erzeugten Oberflächenschicht abhängig sein.
  • Die aus der elektrolytischen Anodisierung des Quecksilbercadmiumtellurids bestehende Behandlung kann derart durchgeführt werden, dass eine Oberflächenschicht mit einer Dicke von 100 - 3000 i, z.B. einer Dicke von nahezu 2000 a, erzeugt wird. Mit einer Schicht mit einer Dicke im genannten Bereich ist es möglich, pn-Ubergänge in Material in einem grossen Zusammensetzungsbereich zu erzeugen.
  • Die Erhitzung kann bei einer Temperatur im Bereich von 1250C - 270au und während einer Periode im Bereich von 100 Sekunden bis zu 40 Stunden stattfinden.
  • Je höher die Temperatur ist, je kürzer-ist im allgemeinen die Periode, die erforderlich ist, um eine geeignete Umwandlung des Leitungstyps zu bewirken. Ausserdem hängt die Erhitzungsdauer in grossem Masse von der Dicke der anodisch erzeugten Oberflächenschicht ab, während der Umfang der Quelle der Leitungstypumkehr nicht unendlich ist und von der Dicke der Schicht abhängt. Auch kann es für gewisse Anwendungen, z.B. für photovoltaische Infrarotdetektoranordnungen, erwünscht sein, den pn-Ubergang in unmittelbarer Nähe der Oberfläche zu bilden; daher können unnötig lange Erhitzungszeiten eine unerwünschte Diffusion des genannten Materials in den Körper herbeiführen, was zu einem tiefen pn-Ubergang führen kann, der schlechte Eigenschaften aufweist. Unter gewissen Bedingungen kann es notwendig sein, Material von der Oberfläche nach dem Erhitzungsschritt zu entfernen, um einen untiefen Ubergang zu erhalten.
  • Sofern es die Lokalisierung der Oberflächenschicht anbelangt, kann eine derartige anodisch erzeugte Oberflächenschicht, die sich örtlich auf einem Teil einer grossen Fläche erstreckt, dadurch gebildet werden, dass entweder der genannte Teil der Oberfläche örtlich anodisiert oder die ganze Oberfläche anodisiert und dann ein Teil der so gebildeten Oberflächenschicht entfernt wird.
  • Durch die Möglichkeit, planare pn-Ubergänge nach der Erfindung auf einfache Weise zu bilden, können mehrere verschiedenartige Detektoranordnungen gebildet werden, die einen oder mehr an einer Hauptfläche des Körpers der Anordnung endenden pn-Ubergänge aufweisen.
  • So kann während des Erhitzungsschrittes der Umfang der auf der Hauptfläche erzeugten Oberflächenschicht derart sein, dass der grösste Teil des gebildeten pn-TYbergangs sich nahezu parallel zu der genannten Hauptfläche erstreckt und den pho1-oempfindlicllen pn-Tber#ang eines photovol taschen Tnfraro tdetektorelement 5 der Detektoranordnullg bildet. In diesem Falle kann die genannte Oberflächenschicht die Form einer Konfiguration getrennter Teile auf der genannten Hauptfläche aufwei#en, so dass eine Konfiguration inselförmiger Gebiete, die bei der Betriebstemperatur der Anordnung die Eigenschaften n-leitenden Materials aufweisen, in einem gemeinsamen Körperteil ge- bildet wird, der die Eigenschaften p-leitenden Materials aufweist, wonach nach dem Erhitzungsschritt jedes n-leitende Gebiet mit einem leitenden Anschluss und der p-leitende Körperteil mit mindestens einem gemeinsamen leitenden Anschluss versehen wird. Auf diese Weise kann leicht eine monolithische Konfiguration, z.B. eine lineare Konfiguration oder eine Matrix photovoltaischer Detektorelemente in einem gemeinsamen Körper gebildet werden.
  • Ein Verfahren nach der Erfindung kann auch zur Bildung einer Konfiguration an die Oberfläche grenzender inselförmiger Gebiete mit den Eigenschaften n-leitenden Materials in einem gemeinsamen Körper mit den Eigenschaften p-leitenden Materials verwendet werden, wobei jedes n-leitende Gebiet nach dem Erhitzutigsschritt mit in einiger Entfernung voneinander liegenden ersten und zweiten leitenden Anschlüssen versehen wird, um ein photoleitende Infrarotdetektionselement der Anordnung zu bilden. Auf diese Weise ist es möglich, eine monolithische Konfiguration (z.B. eine lineare Konfiguration oder eine Matrix photoleitender Detektorelemente, in einem gemeinsamen Körper zu bilden, wobei selbstverständlich angenommen wird, dass eine geeignete Isolierung zwischen den Elementen angebracht werden kann und ein photoempfindlicher Effekt in bezug auf den photovoltaischen Effekt vorherrschend sein kann, wobei freie Ladungsträger voneinander durch Felder getrennt werden, die zu den pn-Ubergängen gehören. Dies kann im Vergleich zu bekannten Konfigurationen mit einer Anzahl von Quecksilbercadmiumtelluridkörpern, die -einzeln auf einem Trägersubstrat angebracht sein können, vorteilhaft sein. Die Bildung der Elemente in einem gemeinsamen Körper erleichtert erheblich die Anbringung von Kontakten mit den Elementen und ermöglicht ausserdem eine genaue Regelung des Abstandes zwischen benachbarten Elementen.
  • Bei einem Verfahren, bei dem die Oberflächenschicht mit der Elementquelle an einer Hauptfläche des Körpers lokalisiert wird, kann nach dem Erhitzungsschritt mindestens ein Randteil der Oberflächenschicht, der sich in der Nähe der Stelle erstreckt, an der der genannte pn-Ubergang an der Oberfläche endet, entfernt werden.
  • Dies kann besonders günstig sein, wenn die Oberflächenschicht durch elektrolytische Anodisierung erhalten wird, weil das Vorhandensein einer anodischen Oberflächenschicht auf dem Endteil des pn-Ubergangs die Kennlinien des Ubergangs gegebenenfalls infolge einer Anhäufung unter der anodisierten Schicht beeinträchtigen kann.
  • Nach dem Erhitzungsschritt kann die Oberflächenschicht entfernt und eine Atzbehandlung durchgeführt werden, um Material von der einen Oberfläche zu entfernen, während eine weitere elektrolytische Anodisierung wenigstens eines Teiles der Hauptfläche, der von dem Endteil des pn-Ubergangs in der genannten Oberfläche begrenzt wird, durchgeführt werden kann, um die genannte Oberfläche zu passivieren.
  • Einige Ausfülirungsformen der Erfindung werden nun beispielsweise beschrieben. Zunächst werden einige Beispiele der Bildung von pn-Ubergängen in Körpern aus Quecksilbertellurid mehrerer verschiedenartiger Zusammensetzungen zusammen mit Einzelheiten in bezug auf die Kennlinien der erhaltenen Ubergänge beschrieben, wonach einige Ausführungsformen, in denen Infrarotdetektorelemente hergestellt werden, an Hand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen: Figuren 1 und 2 die gemessenen Spannungs-Strom-Kennlinien zweier verschiedener pn-Ubergänge, die in einem Quecksilbercadmiumtelluridkörper durch ein Verfallren nach der LI'rfilidulIg gebildet werden; Figuren 3 bis 8 mehrere 5 tiifen in der lIerstellung einer aus einer Konfiguration von zehn Elementen bestehenden photovoltaischen Infrarotdetektoranordnung durch ein Verfahren nach der Erfindu#ig, wobei die Figuren 3, 4, 6 und 7 seijematische Draufsichten ind und je den aus Que cks ilbercadmiumte llurid bestehenden Elementkörper (1,r Anordnung ulltl einen Teil eilles Trägersubstrats dar- stellen, auf dem der genannte Körper angebracht ist, während Figuren 5 und 8 schematische Querschnitte durch einen Teil des genannten Körpers in zwei verscJliedene Herstellungsstufen sind, und Fig. 9 eine schematische Draufsicht auf eine Teil einer aus einer ltonfiguration von zehn Elementen bestehenden photoleitenden Infrarotdetektoranordnung, die durch ein Verfahren nach der Erfindung hergestellt ist.
  • Es sei bemerkt, dass Figuren 3 bis 9 nicht massstäblich gezeichnet sind. Die relativen Abmessungen und Verhältnisse einiger Teile dieser Figuren (insbesondere im Querschnitt) sind der Deutlichkeit und Einfachheit halber vergrössert oder verkleinert dargestellt.
  • Nun werden im grossen ganzen einige experimentelle Details der Herstellung von pn-Ubergängen in Quecksilbercadmiumtellurid durch ein Verfahren nach der Erfindung gegeben. Proben polierter Scheiben mit einer Dicke von nahezu 200 /um, die aus mehreren Quecksilbercadmiumtelluridblöcken im Zusammensetzungsbereich von x zwischen 0,15 und 0,35 gebildet wurden, wurden dadurch hergestellt, dass zunächst definierte Oberflächengebiete in einer Lösung von Natriumbicarbonat unter Verwendung einer Ma-skierung aus einem Photoresist anodisiert wurden. Die anodisierten Scheiben wurden dann auf 18000 während einer Stunde entweder im Vakuum oder in einer Stickstoffatmosphäre erhitzt. Nach Erhitzung wurden die Scheiben während 10 Minuten in einer 5 Olo Lösung von Brom in Athylenglycol geätzt und wurden Goldkontakte durch Zerstäubung auf den anodisierten sowie den nicht-anodisierten Gebieten über eine geeignete Photoresistmaske angebracht. Die I-V-Kennlinien wurden dann gemessen.
  • Fig. 1 zeigt die gemessenen Strom-Spannungs-Kennlinien eines derartigen durch das genannte Experiment gebildeten pn-Ubergänge. Dieser Ubergang wurde unter einem anodisierten Oberflächengebiet mit einer Kreisform mit einem Durchmesser von 280 um gebildet. Die Kennlinien wurden mit einer vollständigen Umgebungsbeleuchtung unter einem Raumwinkel von 2ilj# erhalten.
  • Fig. 2 zeigt die Kennlinien einer anderen Probe, wobei in diesem Falle der unter denselben Bedingungen gebildete pn-Ubergang eine rechteckige Oberfläche von 125 /um x 185 /um aufweist. Die Kennlinien wurden mit einem Gesichtsfeld von 60 % erhalten und zeigen eine geringere Offsetspannung als die Probe, deren Kennlinien in Fig. 1 dargestellt sind.
  • Eine Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird nun beschrieben, bei der eine lineare Konfiguration photovoltaischer Infrarotdetektorelemente in einem gemeinsamen Körper gebildet wird, wobei die Konfiguration in einer photovoltaischen Infrarotdetektoranordnung verwendet wird, die für Betrieb im Bereich von 8 - 14 um bei 77° Kgeeignet ist.
  • Es wird von einer Scheibe aus Quecksilbercadmiumtellurid mit einem Durchmesser von 11 mm und einer Dicke von 450 /um mit der Zusammensetzung Hg0,8Cd0,2Te ausgegangen. Sie hat die Eigenschaften n-leitenden Materials bei Umgebungstemperatur und die Eigenschaften p-leitenden Materials bei 77 E. Die Akzeptorträgerkonzentration bei 770K ist typisch 2.1017 cm ; die Beweglichkeit ist 102 2 -1 -1 1,5 . 102 cm2 V- 1 sec- 1 und der spezifische Widerstand ist 0,2 Ohm.cm. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird dieses Material nachstehend als p-leitendes Material bezeichnet. Die Scheibe wird auf einem keramischen Polierblock mit einer Wachsschicht angeordnet. Die Polierung der Oberfiäciie der Scheibe wird mit Hilfe einer Drehmaschine unter Verwendung eines I3asisläppmi-ttels und eines Schmirgelbreis durchgeführt. Die Polierung ist e in aus mehreren Schritten bes te1#ender Vorgang, wobei allmählich weniger Beschädigungen in der Kristallstruktur auftreten, wenn die Dicke auf 400 um herabgesetzt wird, was durch die Anwendung allmählich feinerer Schirgelteil chen und Basisläppmittel erhalten wird. Wenn die Dicke auf 400µ herabgesetzt worden ist, was durch Umfangsansätze auf dem Polierblock festgestellt wird, wird eine Atzbehandlung auf der freigelegten Oberfläcllen der noch auf dem Polierblock angeordneten Scheibe durchgeführt.
  • Dadurch wird noch 50 /um von der Oberfläche abgetragen.
  • Die Scheibe wird nun von dem Polierblock entfernt und wird über die behandelte Hauptfläche auf einem weiteren Polierblock befestigt. :Die Polierung wird unter densell,ell Bedingungen in bezug auf die Anwendung allmählich feinerer Schmirgelteilchen und Basisläppmittel durchgeführt, bis die Dicke auf 250 /um herabgesetzt ist. Dann wird eine Atzbehandlung durchgeführt, um noch 50 /um von der freigelegten Oberfläche abzutragen.
  • Während die Scheibe mit einer Dicke von nahezu 200 /um noch immer über eine Wachsschicht auf dem Polierblock befestigt ist, wird eine Photoresistschicht auf der oberen Fläche angebracht. Ein Photomaskierungs und Entwicklungsvorgang wird dann durchgeführt, um eine Anzahl nahezu paralleler streifenförmiger Offnungen in der Photoresistschicht zu definieren, Eine Atzbehandlung wird dann durchgeführt, um in der Scheibe eine erste Anzahl nahezu parallel verlaufender Kanäle zu bilden, die auf dem Polierblock eine Anzahl nahezu parallel verlaufender streifenförmiger Teile aus Quecksilbercadmiumtellurid definieren. Beim Verfahren zur Bildung entweder aus einem einzigen Element bestehender Detektoren oder aus einer linearen Konfiguration bestehender Detektoren beträgt die Breite der streifenförmigen Teile typisch 1 /um. Die verbleibende Photoresistschicht wird e#ntfernt und eine weitere Atzbehandlung wird derart durchgeführt, dass die oberen Ränder der streifenförmigen Teile abgerundet werden.
  • Die folgende Stufe in der Herstellung ist die Anbringung einer Photoresistschicht auf den oberen Flächen der streifenförmigen Teile. Unter Verwendung eines üblichen Photomaskierungs- und Entwicklungsvorgangs werden eine Anzahl nahezu parallel verlaufender Streifen, die sich nahezu senkrecht zu der Längsrichtung der streifenförmigen Teile erstrecken, von der Photoresistschicht entfernt. Der gegenseitige Abstand dieser Streifen wird durch die erfor- derliche Form des Detektorelements bestimmt. Für aus einem einzigen Element bestehende Detektoren kann der Abstand typisch nahezu 1 mm betragen, damit Elemente von 1 mm x 1 mm erhalten werden. Für lineare Konfigurationen entspricht der Abstand der Länge der Elemente und im vorliegenden Beispiel ist der Abstand 3 mm. Unter Verwendung der definierten Photoresistschicht als Atzmaske wird eine Atzbehandlung durchgeführt, dadurch, dass völlig durch die Scheibe hindurch geätzt wird, um eine Anzahl parallel verlaufender Kanäle zu erhalten und dadurch auf dem Polierblock eine Konfiguration nahezu rechteckiger Element: körperteile, im vorliegenden Beispiel von je 3 mm x 1 mm, zu definieren, bei denen die Längsränder auf zwei gegenüberliegenden Seiten etwas abgerundet sind.
  • Abhängig von der besonderen gewünschten Form des Detektors, insbesondere in bezug auf das gewünschte Verfahren zum Montieren des Elementkörperteiles und zum Anbringen elektrischer Kontakte mit den einzelnen Detektorelementen, kann von dieser Stufe her auf verschiedene Weise verfahren werden. Bei einigen Ausführungsformen, insbesondere zur Bildung aus einem einzigen Element bestehender Detektoren, wird wenigstens ein Teil der Behandlung, die erforderlich ist, um die pn-Ubergänge in einer Anzahl von Elementkörperteilen zu bilden, durchgeführt, während die genannten Körperteile noch auf dem Polierblock vorhanden sind. Z.B. kann eine Photoresistschicht angebracht und können die empfindlichen Gebiete in den Elementkörper teilen definiert werden, bevor eine elektrolytische Anodisierungsbehandlung auf den freigelegten Gebieten durchgeführt wird, die in bezug auf ihre Grösse den gewünschten empfindlichen Gebieten entsprechen Sollen. In einer derartigen Ausführungsform werden die Elementkörperteile erst von dem Polierblock entfernt, nachdem die elektrolytische Anodisierungsbeliandlung stattgefunden hat. Eine anschliessende Wärmebehandlung zur Bildung der pn-Ubergänge unter der anodiscll erzeugten Oberflächenschicht t; kann dann auf den Körpern durchgeführt werden, die entweder frei liegen oder bereits auf einem geeigneten Substrat montiert sind.
  • Im vorliegenden Beispiel werden aber die Elementkörperteile von 3 mm x 1 mm auf dem Polierblock , nachdem sie definiert worden sind, gesondert entfernt und gesondert auf einem keramischen Substrat angebracht, das auf einer ilauptiläche ein gedruckter Durchführungskontaktmuster aufweist.
  • Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil eines solche Substrats, auf dem einer der Elementkörperteile aus p-leitendem (bei 77°K) Quecksilbercadmiumtellurid von 3 mm x 1 mm montiert ist und das durch das beschriebene Verfahren erhalten ist, wobei nur ein Teil der genannten Elementkörperteile in der Figur dargestellt ist. Das Substrat 1 besteht aus Aluminiumoxid hoher Diche mit einer Dicke von 0,5 mm. Auf der oberen Fläche liegt ein gedrucktes Durchführungskontaktmuster aus vergoldetem Nichrom mit einer Dicke von 0,5 /um. Das Kontaktmuster enthält einen gemeinsamen Durchführungsleiter 2 mit einer Breite von 1,9 mm und zehn weitere Durchführungsleiter 3 mit je einer Breite von 100 /um und einem Teilungsabstand von 200 /um. Der Elementkörperteil 4 aus p-leitendem Material wird auf dem Substrat 1 mittels einer Epoxydharzschicht befestigt. Der Abstand zwischen den einander zugekehrten Endflächen der Leiter 2 und 3 beträgt 1,4 mm.
  • Eine Photoresistschicht wird nun auf der oberen Fläche des Gebildes aus dem keramischen Substrat 1 und dem darauf montierten p-leitenden Körper 4 angebracht.
  • Ein Photomaskierungs- und Entwicklungsvorgang wird durchgeführt, um in der Photoresistschicht zehn Gebiete von je 150 /um x 100 /um mit einem gegenseitigen Abstand von 100 /um zu definieren. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Element 4, mit darauf der Photoresistschicht 5 mit zehn Offnungen 6 darin.
  • Eine elektrolytische Anodisierungsbehandlung wird nun durchgeführt. Diese erfolgt dadurch, dass das Gebilde aus dem Elementkörper 4 und dem Trägersubstrat in ein Bad mit einer Natriumbicarbonatlösung eingetaucht wird. Die elektrische Verbindung des Körpers 4 mit der positiven Klemme der Speisequelle wird über einen Wolframdraht hergestellt und eine in der Lösung vorhandene Goldelektrode wird mit der negativen Klemme der Speisequelle verbunden. Die Anodisierung erfolgt mit einer konstanten angelegten Spannung von 15 V bei einem anfänglichen Strom von 7,5 mA während einer Gesamtperiode von 1 Minute.
  • Diese Behandlung kann mehrere Male wiederholt werden, wobei in jedem Schritt die anodisch erzeugte Oberflächenschicht entfernt wird. Diese anodische Behandlung oder, wenn eine wiederholte Bellandlung durchgeführt wird, eine solche Endstufe erzeugt auf jedem der Gebiete, die während dieser Behandlung nicht mit Photoresist bedeckt sind, eine Oberflächenschicht mit einer Dicke von nahezu 2000 Obgleich es nicht möglich gewesen ist, die genaue Zusama mensetzung dieser Schicht festzustellen, zeigen mehrere experimentell durchgeführte Versuche und Vorgänge, die auf gleichen Oberflächenschichten durchgeführt werden, die auf anderen Quecksilbercadmiumtelluridkörpern unter Verwendung derselben und anderer Elektrolyten im Anodisierungsbad erzeugt werden, dass ein Bestandteil der Schicht Mercurioxid ist.
  • Der folgende Verfahrensschritt ist die Entfernung des verbleibenden Teiles der Photoresistschicht 5. Dann wird das Gebilde einer Wärmebehandlung entweder im Vakuum oder in Stickstoff bei atmosphärischem Druck in einem Diffusionsofen bei einer Temperatur von 180 0C während einer Periode von 1 Stunde unferworfen. Die Wärmebehandlung führt zu der Umwandlung eines an die Oberfläche grenzenden Gebietes des Körpers. Die Umwandlung ist derart, dass bei der gewünschten Betriebstemperatur (77°K) das genannte Gebiet die Eigenschaften n-leitenden Materials aufweist, während ein pn-Ubergang zwischen dem genannten Gebiet und dem verbleibenden Teil des Körpers vorhanden ist, der bei der genannten Temperatur p-leitende Eigenschaften aufweist. Der Deutlichkeit der Zeichnung halber ist dieses Gebiet im Schnitt der Fig. 5 längs der der Linie V-V in Eig. 4 entsprechenden Lijiie als ein n-leitendes Gebiet 9 darges(e3lL und bildet einen pn-Ubergang 10 mit dem p-leitenden Körper 4. Der pn-Ubergang wendet nach der Figur an der Oberfläche gerade ausserhalb des Umfangs der anodisch erzeugten Oberflächenschicht 7. Der pn-Ubergang erstreckt sich grösstenteils nahezu parallel zu der oberen Fläche des Körpers und auf einer Tiers desselbeii von nahezu 6 /um.
  • Die anodisch erzeugte Oberflächenschicht 7 wird dann durch Atzen entfernt und eine weitere Atzbehandlung wird durchgeführt, um nahezu 0,5 /um von der Oberfläche des Quecksilbercadmiumtelluridkörpers zu entfernen.
  • Eine weitere Photoresistschicht wird nun über die ganze Oberfläche des Quecksilbercadmiumtelluridkörpers angebracht und mit Hilfe einer Maske teilweise freigelegt und dann teilweise entfernt, so dass ein Längsstreifen mit einer Breite von 375 /um unbedeckt bleibt, der sich über eine Seite des Elements erstreckt. Der unbedeckte Teil des Körpers enthält einen kleinen Teil jedes anodisierten Gebietes der Elementteile. Eine dielektrische Schicht, z.B. eine Epoxydharzschicht, wird nun derart angebracht, dass sie den freigelegten Oberflächenteil bedeckt, wobei das Harz dazu angebracht ist, eine Schicht mit einer Dicke von 3 bis 4 um zu erhalten.
  • Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf den Körper nach dem Anbringen des Epoxydharzstreifens 12 und dem Lösen des Photore-siststreifens.
  • Eine weitere Photoresistschicht wird dann über die ganze Ob-erfläche des Körpers 4 und des Substrats 1, einschliesslich des gedruckten Durchführungskontaktmusters, angebracht. Die Photoresistschicht wird unter Verwendung einer Maske freigelegt und wenn danach der freigelegte Teil gelöst wird, werden dadurch Offnungen in der Photoresistschicht gebildet. Diese Offnungen enthalten Löcher von 40 /um x 25 /um, die sich über die p-leitenden Gebiete 9 erstrecken, und Streifen mit einer Breite von 40 /urn, die sich von diesen Gebieten her über der Epoxydharzschicht und über den Leitern 3 erstrecken. In der Nähe des anderen Längsrandes des Elements 4 ist eine streifenförmige Offnung mit einer Breite von 1 mm in der Photoresistschicht vorhanden und erstreckt sich auch über den benachbarten Rand des gemeinsamen Durchführungsleiters 2 über 0,55 mm.
  • Eine Goldschicht mit einer Dicke von 0,5 /um wird nun durch Zerstäubung über die ganze Oberfläche abgelagert.
  • Das abgelagerte Gold erstreckt sich in den Offnungen in der Photoresistschicht in Berührung mit den unterschiedlichen freigelegten Gebieten und Schichten. Das auf dem Photoresist abgelagerte Gold wird durch eine Abtragungstechnik ("Lift-off") entfernt, und zwar dadurch, dass der verbleibende Photoresist gelöst wird. Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf das Gebilde nach der Entfernung des Goldüberschusses. Zehn Goldbänder 15 erstrecken sich je an einem Ende in Berührung mit einem n-leitenden Oberflächengebiet 9 und am anderen Ende in Berührung mit einem Durchführungsleiter 3. Ein einziges Goldband 16 erstreckt sich in Berührung mit der oberen Fläche des p-leitenden Körpers 4 und in Berührung mit dem gemeinsamen Durchführungsleiter 2.- Die Bänder 15 sind je gegen einen darunterliegenden Teil des p-leitenden Körperteils durch das Vorhandensein der Epoxydharzschiclit 12 isoliert.
  • So wird auf einfache Weise ein aus einer linearen Konfiguration VOll zehn Elementen bestehender pjiotovoltaischer Detektor gebildet. Als Endstufe in der Iters te ilunt:; vor der Einkapselung der Konfiguration kann es erwünscht sein, die ganze Struktur leicht zu ätzen, um die Eigenschaften nach Entfernung einer dünnen Schicht von einigen i-Einheiten von der Oberfläche der Anordnung zu verbessern.
  • Es ist einleuchtend, dass viele Abwandlungen in bezug auf die Bearbeitung, insbesondere in bezug auf das Verfahren ztir Kontaktierung nach der Bildung der pn-Ubergänge, möglich sind, So wird bei einer derartigen Abwandlllng nach tier Bildung des tTbergaiigs und der Entfernung der anodiscilen ()berflächenscllicllt eilte neue anodische Oberflächenschicht örtlich auf jedem empfindlichen Gebiet angebracht, die jedoch innerhalb der Grenze jedes pn-Ubergangs liegt, wo der genannte Ubergang an der Oberfläche endet. Auf diese Weise wird eine Schutzschicht gebildet, die, wie gefunden wurde, die Eigenschaften des Detektors wenigstens verbessert insofern die etwaige Beeinträchtigung der Eigenschaften, wenn die Anordnung Temperaturen bis 70 0C unterworfen wird, nicht wahrgenommen wird. Bei Anwendung dieser Abwandlung erfolgt die weitere Kontaktierung der n-leitenden Gebiete über in der zuletzt angebrachten anodischen Schicht gebildete Offnungen.
  • Eine weitere Abwandlung wird nun an Hand der Figur 9 beschrieben, in der die vorher beschriebene Ausführungsform derart abgewandelt wird, dass eine lineare Konfiguration photoleitender Detektorelemente in einem gemeinsamen Körper gebildet wird. Die Anordnung enthält ein keramisches Substrat 21 mit einem entsprechend angeordneten Muster gedruckter Durchführungskontakte 22, 23.
  • Das Element weist dieselben äusseren Abmessungen wie die n-leitenden Gebiete 29 von 200 /um x 100 um auf. Jedes n-leitende Gebiet 29 wird auf gegenüberliegenden Seiten durch Streifen 35 und 36 kontaktiert, die sich je über den p-leitenden Körperteil erstrecken und gegen diesen Teil durch eine Epoxydschicht 32 isoliert sind. Die Streifen 35 erstrecken sich in Berührung mit dem Zufuhrleiter 23 und die Streifen 36 kontaktieren den gemeinsamen Durchführungsleiter 22.
  • Es leuchtet ein, dass viele weitere Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich sind. Z.B. können, wenn die Oberflächenschicht mit den den Leitungstyp umkehrenden Mitteln durch Anodisierung erzeugt wird, andere Lösungen, z.B. Natriumcarbonat, sowie die Carbonate und Bicarbonate von Lithium und Kalium, verwendet werden. Statt die genannte Schicht durch Anodisierung zu erzeugen, kann eine Art natürliches Oxid mit einem Uberschuss am Dotierungsmaterial durch chemische Umwandlung erzeugt werden, wobei z.B. eine oxidierende Lösung, wie Wasserstoffperoxid, verwendet wird. Es wurde gefunden, dass bei Behandlung von Quecksilbercadmiumtelluridkörpern mit einer derartigen Lösung und anschliessender Erhitzung pn-Ubergänge gebildet werden, die sich unter der erzeugten Oberflächenoxidschicht erstrecken.
  • In den beschriebenen Ausführungsformen erfolgt die Umwandlung des Leitungstyps in einem an die Oberfläche grenzenden Gebiet. Im Rahmen der Erfindung kann aber das Verfahren dazu benutzt werden, vergrabene Gebiete zu erzeugen, deren Leitungstyp dem des umgebenden Materials entgegengesetzt ist.
  • Eine Weiterbildung des Verfahrens wird nun an Hand einer anderen Ausführungsform beschrieben, die eine Abwandlung des an Hand der Figuren 3 bis 8 beschriebenen Verfahrens ist. In dieser Ausführungsform sind die Ausgangsmaterialzusammensetzung und die Scheibenherstellung genau dieselben bis einschliesslich des Polier- und Atzschrittes, um eine Scheibe mit einer Dicke von 200 um ZU erzeugen. Das Verfahren unterscheidet sich dann insofern diese Scheibe danach in einer abgedichteten Kapsel erhitzt wird, die weiter einen Uberschuss an Quecksilber enthält. Die Erhitzung erfolgt bei 250°C während einer Stunde. Dadurch wird durch Eindiffusion von Quecksilber eine Oberflächenschicht mit cincr Tiefe von 10 #um mit n-leitenden Eigenschaften bei 77°K erzeugt. Die n-leitende Schicht wird völlig von einer Hauptfläche durch Polierung entfernt, während nahezu 2 um durch Atzung von der gegenüberliegenden Oberfläche entfernt wird. Der Körper in Form einer p-leitenden (770K) Scheibe mit einer n-leitenden Oberflächenschicht (77 K) wird dann auf die in der vorhergehenden Ausführungsform beschriebene Weise behandelt, um Elementkörperteile gewünschter Grössen, z.B. 3 mm x 1 mm, wie in der obenbeschriebenen Ausführungs form, zu erzeugen, die aber je eine n-leitende Oberflächenschicht mit einer Dicke von nahezu 8 /um enthalten. Das Verfahren ist weiter völlig gleich, sofern die elektrolytische Anodisierungsbehandlung auf gleiche Weise und auf Gebieten durchgeführt wird, die grösser als die endgültig gewünschten empfindlichen Gebiete sind, um Raum für die Bildung einer später angebrachten Isolierschicht, z.B.
  • einer Epoxydharzschic#tt, über eine Seite des zu bildenden Ubergangs und auch eines Kontaktgebietes zu erhalten.
  • Nach der elektrolytischen Anodisierung wird die während der Anodisierung verwendete Photoresistmaskierung entfernt und wird eine Erhitzung bei 18000 während 1 Stunde rcheführt. Diest hat zur Folge, dass der unbedeckte Teil der n-le-itenden Oberfläche in Material mit p-leitenden Eigenschaften rückgewandelt wird. Vorher an diesen Gebieten eindifftindiertes Quecksilber wird in diesem Erhitzungsschritt ausdiffundiert. Wenn jedoch die Teile der n-leitenden Oberflächenschicht unter der anodisch erzeugten Oberflächenschicht 7 n-leitend bleiben und ihre Tiefe nahezu erhalten bleibt, stellt sich heraus, dass die Oberflächenschicht 7 erstens als eine Ausdiffusionsmaske gegen Quecksilberausdiffusion und weiter als eine örtliche Quecksilberquelle für die weitere Eindiffusion von Quecksilber dient. Die letztere Eigenschaft basiert auf der Annahme, dass ohne eine solche zusätzlich angebrachte lokalisierte Quecksilberquelle die vorher eindiffundierte Quecksilberkonzentration in dem Körper bei Erhitzung bei einer solchen Temperatur, und zwar 1800C, während einer Stunde dispergiert werden würde.

Claims (11)

  1. PATENTANSPRUECHE: Verfahren zur Herstellung einer Infrarotstrahungsdetektoranordnung, bei dem wenigstens ein Teil einer Oberfläche eines Körpers aus Quecksilbercadmiumtellurid einer Umwandlungsbehandlung unterworfen wird, um eine Oberflächenschicht auf dem Körper zu erzeugen, wonach ein Erhitzungsschritt durchgeführt wird, dadurch gekenn--zeichnet, dass die durch die genannte Umwandlungsbehandlung erzeugte Oberflächenschicht eine genügende Menge eines diesem Körper entzogenen Elements enthält, um danach als eine Quelle zur Wiedereinführung des genannten Elements in den genannten Körper zu dienen, wobei dieses Element ein Bestandteil des genannten Körpers und derartig ist, dass, wenn es in einer überschüssigen Konzentration im Material des genannten Körpers vorhanden ist, bei der Betriebstemperatur der Detektoranordnung die Eigenschaften n-leitenden Materials erhalten werden, und dass die genannte Oberflächenschicht während des genannten Erhitzungsschrittes auf eine Temperatur über 100°C erhitzt wird, um eine Menge des genannten Elements von der Oberflächenschicht her in ein darunterliegendes Gebiet des Körpers einzuführen, damit ein pn-Ubergang in dem Körper gebildet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht auf Quecksilbercadmiumtellurid erzeugt wird, das bei der Betriebstemperatur der Anordnung die Eigenschaften p-leitenden Materials aufweist, und dass der Erhitzungsschritt bewirkt, dass das unterliegende Gebiet die Eigenschaften n-leitenden Materials bei der Betriebstemperatur der Anordnung elvhs während der benachbarte Teil des genannten Körpers die p-leitenden Eigenschaften beibehält, um den pn-Ubergang in dem Körper zu bilden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht auf Quecksilbercadmiumtellurid erzeugt wird, das bei der Betriebstemperatur der Anordnung die Eigenschaften n-leitenden Materials aufweist, und dass der Erhitzungsschritt bewirkt, dass das unterliegende Gebiet die n-leitenden Eigenschaften beibehält, dadurch dass das genannte Element von der genannten Oberflächenschicht eingeführt wird, während der benachbarte Teil des Körpers durch den Erhitzung schritt in Material mit bei der Betriebstemperatur der Anordnung p-leitenden Eigenschaften umgewandelt wird, wodurch der pn-Ubergang in dem Körper gebildet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, bevor die Oberflächenschicht erzeugt wird, Quecksilber in mindestens eine Oberfläche des Körpers aus Quecksilbercadmiumtellurid eindiffundiert wird, die bei der Betriebstemperatur der Anordnung die Eigenschaften p-leitenden Materials aufweist, wodurch ein an die Oberfläche grenzender Teil des Körpers gebildet wird, der bei der Betriebstemperatur der Anordnung die Eigenschaften n-leitenden Materials aufweist; dass die Oberflächenschicht auf dem an die Oberfläche grenzenden Teil erzeugt wird, und dass der Erhitzungsschritt eine Aus diffusion von Quecksilber von einem freigelegten Teil des an die Oberfläche grenzenden Teils bewirkt, um den Teil in Material mit den p-leitenden Eigenschaften bei der Betriebstemperatur der Anordnung umzuwandeln.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Erhitzungsschrit tes die Oberflächenschicht örtlich auf einem Teil einer Hauptfläche des körpers vorhanden ist uiid das unterliegende Gebiet mit n-leitenden Eigenschaften, die durch die genannte Einführung des Elements herbeigeführt werden, nur örtlich an die Hauptfläche grenzt, so dass der gebildete pn-Ubergang sich bis zu der HauptfLäche erstreckt, derart, dass er wenigstens teilweise an der ltauptfläche endet.
  6. 6 Verfallren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Erhitzungsschrittes der Umfang der Oberflächenschicht auf einer Hauptfläche des Körpers derart ist, dass wenigstens der grösste Teil des gebildeten pn-Ubergangs sich nahezu parallel zu der Hauptfläche erstreckt und den photoempfindlichen pn-Ubergang eines photovoltaischen Infrarotdetektionselements der Detektoranordnung bildet.
  7. 7. Verfahren nach Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Erhitzungsschrittes die Oberflächenschicht die Form einer Konfiguration gesonderter Teile auf der genannten Hauptfläche aufweist, so dass eine Konfiguration inselförmiger Gebiete mit den Eigenschaften n-leitenden Materials in einem gemeinsamen Körperteil mit den Eigenschaften p-leitenden Materials gebildet wird, während nach dem Erhitzungsschritt jedes n-leitende Gebiet mit einem leitenden Anschluss versehen und der p-leitende Körperteil mit mindestens einem gemeinsamen leitenden Anschluss versehen wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass während des Erhitzungsschrittes die Oberflächenschicht die Form einer Konfiguration gesonderter Teile auf der Hauptfläche aufweist, so dass eine Konfiguration an die Oberfläche grenzender inselförmiger n-leitenden Gebiete in einem gemeinsamen p-leitenden Körperteil gebildet wird, während nach dem Erhitzungsschritt jedes n-leitende Gebiet mit in einiger Entfernung voneinander liegenden ersten und zweiten leitenden Anschlüssen versehen ist, um ein photoleitendes Infrarotdetektorelement der Detektoranordnung zu bilden.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 7 und 8, oder nach Anspruch 6, sofern abhängig vom Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erhitzungsschritt wenigstens ein Randteil der Oberflächenschicht, der sich in der Nähe der Stelle erstreckt, an der der pn-Ubergallz an der Hauptfläche endet, entfernt wird.
  10. 10. Verfailren nach Anspruch 9, dadurch gelicnllzeicllnet, dass nach dem Erivitzungsscllritt die Oberflächenschicht entfernt wird, eine Atzbehandlung durchgeführt wird, um Material von der Hauptfläche zu entfernen, und wenigstens ein Teil der Hauptfläche, der von dem Endteil des pn-Ubergangs an der Fläche begrenzt wird, elektrolytisch anodisiert wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsbehandlung zum Erzeugen der Oberflächenschicht mit dem Element aus der elektrolytischen Anodisierung des Quecksilbercadmiumtellurids besteht, wonach der Körper bei einer Temperatur im Bereich von 125 C - 2700C während einer Periode im Bereich von 100 Sekunden bis zu 40 Stunden erhitzt wird, um den pn-Ubergang zu bilden.
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