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"Verfahren zur Iters teilung einer Iii£raro £ ürahluligsue tek-
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t oranordnung Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung
von Infrarotstrahlungsdetektoranordmingen, insbesondere, aber nicht ausschliesslich
photovoltaischen Detektoren mit photoempfindlichen pn-Ubergängen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es wurden andere Verfahren vorgeschagen, um pn-Ubergänge in Quecksilbercadmiurntellurid
zu bilden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei einer besonderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach
der Erfindung umfasst die genannte Behandlung zum Erzeugen der Oberflächenschicht
die elektrolytische Anodisierung des Quecksilbercadminmtellurids.
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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.
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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.
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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.
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Dies steht im Widerspruch zu den gestellten Anforderungen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dadurch wird noch 50 /um von der Oberfläche abgetragen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine Photoresistschicht wird nun auf der oberen Fläche des Gebildes
aus dem keramischen Substrat 1 und dem darauf montierten p-leitenden Körper 4 angebracht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf den Körper nach dem Anbringen des
Epoxydharzstreifens 12 und dem Lösen des Photore-siststreifens.
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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.
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Eine Goldschicht mit einer Dicke von 0,5 /um wird nun durch Zerstäubung
über die ganze Oberfläche abgelagert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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einer Epoxydharzschic#tt, über eine Seite des zu bildenden Ubergangs
und auch eines Kontaktgebietes zu erhalten.
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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.