Способ изготовления диодов оптического диапазона

Номер патента: 786713

Автор: Черняков

Скачать ZIP архив.

Текст

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ( ) 786713о1 Сова Соеетсхих Социадистических Республик(51) М. Кл.а Н О 1 1. 2 но 16.07,79 (21) 2794891/1 22) Зая 1 осударстоенный комитет СССР па делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОДОВ ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНАем, лес присоединением заявки Изобретение относится к электронике и может быть использовано при создании устройств для целей генерации, детектирования и смешения частот электромагнитного излучения радио-оптического диана зона.Развитие квантовой электроники вызвало интерес к созданию быстродействующих приборов,.реагирующих на электромагнитное излучение оптического диапазона, 1 ОПерспективны приборы, принцип действия которых основан на использован:;и туннельного эффекта, быстродействис которого оценивается как величина порядка 10-6 с, Структура металл - оксид - металл 15 является системой, где возможно туннелирование.Известен способ изготовления тонкопленочной структуры металл в оксид в металл для детектирования излучения инфра красного диапазона с помощью фотолитографии и использования окиси железа и хромовых масок 11.Недостатком этого способа является сложность технологии, требующей применения прецизионной фотолитографии дорогостоящих фотошаблонов и оптико-механического оборудования. Кроме того, возможности фотолитографии ограничены минимальным размером порядка 1 мкм, что приводит к низкой чувствительности изготовленного детектора в оптическом диапазоне.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ изготовления диода оптического диапазона, включающий формирование контакта механическим контактированием кончика заостренной антенны с полированной металлической поверхностью до появления выпрямляющего эффекта в оптическом диапазоне 21.Выпрямляющий эффект в оптическом диапазоне точечного контакта двухметаллов объясняется образованием точечного перехода металл - оксид - металл, с толщи. ной окисла, обеспечивающей туннельный механизм протекания тока через переход и обеспечивающий постоянную времени перехода порядка 10 4 с или меньше.Однако параметры диода, полученного таким способом, изменяются со временем, и срок службы составляет несколько часов из-.за прочности контакта к механическим, тепловым и акустическим воздействиям.Целью изобретения является повышение стабильности параметров и срока службы диода в оптическом диапазоне.Поставленная . цель достигается т что по предложенному способу изготовция диода оптического диапазона вклю-. чающему формирование контакта механн. ческим контактировацием кончика заостренной проволочной антенны с полированной металлической поверхностью до появления выпрямляющего эффекта в оптическом диапазоне, проводят формирование контакта в виде неразъемного металлического соединения с помощью сварки, затем подают в цепь контакта нарастающее напряжение постоянного тока на воздухе, и после уменьшения тока через контакт на 10 - 20 О/о от максимального значения отключают напряжение в течение времени, це превышающего 10 мкс.Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.Полученное после проведения сварки контакта точечное неразъемное металлическое соединение, обладающее высокой механической прочностью, подвергают с целью образования неразъемцого выпрямляющегов оптическом диапазоне перехода металл - оксид - металл термическому окнсленшо на воздухе под действием протекающего через него тока достаточной величины. Необходимая величина тока достигается благодаря тому, что к сварному контакту прикладывается нарастающее напряжение постоянного тока. Геометрия сварного контакта, т, е. его точечность, спо. собствует образованию окисла в этой области, так как температура нагрева током наибольшая там, где наименьшая площадь поперечного сечения. При появлении в результате термического окисления сплошного слоя окисла ток, проходящий через сварной контакт уменьшается. Это вызвано образованием в области сварного контакта. перехода металл - оксид - металл, ток через который обусловлен туннельным эффектом, Так как величина туннельного тока экспонецциально убывает с увеличением толщины изолирующего слоя, то необходимую толщину окисного слоя в этом переходе получают, отключая приложенное к нему напряжение при определенной величине уменьшения протекающего через него тока,Процессом термического окисления точечного металлического спая управляют, используя зависимость величины тока, протекающего через спай, от приложенного напряжения постоянного тока, например линейно нарастающего напряжения (любой полярности).Осциллограмма зависимости тока 1 от. напряжения Р для случая Р = 50 В/с 1 (/ - время в с.) представлена на чертеже.Существенной, особенностью приведенной завцмости является наличие максимума тока. В этот момент начинается окисление металлического спая, дальнейшее поведение тока (уменьшение тока) со време 1 для дпгдтд ппд лдст дптдчисд д,5 1 О И 20 25 30 35 40 45 мнческого окисления прн, условии, что напряжение за время окисления возрастает намного меньше, чем растет сопротивление окисляемого спая. Характерное время окисления составляет около 1 мс, и окисление происходит при напряжении 0,5 - 0,6 В. Скорость нарастания пилообразного напряжения для данных условий не должна превышать 100 В/с. Использование такой зависимости тока, протекающего через спай, от приложенного нарастающего напряжения осуществляют в области уменьшения тока, например, отключением напряжения в одной из точек а, б, в (см. чертеж). Таким образом прекращают процесс термического окисления сная, т, е. процесс образования перехода металл в оксид в металл при одной из толщин окисла. При этом получают один из неразъемных диодов, чувствительных к оптическому излучению, Так, например, вольт-ваттцая чувствительность к излучению СОр лазера и сопротивление диода, полученного отключением напря.кения в точке а составили 0,04 В/Вт н 30 Ом соответственно, в точке б - 0,09 В/Вг и 90 Ом, в точке а - 0,05 В/Вг и 320 Ом. Отключение напряжения должно проводиться значительно быстрее, чем происходит падение тока, вызванное процессом термического окисления. Нацболеечувствнтельные диоды получают, когда отключение напряжения проводят при падении тока от его максимального значения ца 10 - 20 О/О 1 Относительное падение тока на этом участке не превышает 10 О/О за 0,1 мс, поэтому отключение напряжения достаточно проводить за время не большее, чем 10 мкс,Предлоькецные способом диод оптического диапазона изготавливали с Г-образ. ной проволочной антенной из вольфрама, диаметр антенны 3 мкм, полная длина 2 мм (1 мм+1 мм). Заострение кончика антенны до радиуса порядка 0,05 мкм осуществляли по известной методике электрохимического стравливания погруженной в раствор КОН (0,1 И) части антенны под действием напряжения 6 В переменного тока (50 Гц), Полированный по торцу металлический штырь диаметром 2 мм был изготовлен из никеля,Приведение в механический контакт кончика заостренной проволочной антенны с полированной поверхностью металлического штыря до появлениявыпрямленного напряжения при фокусировке на контакт излучения СО, лазера (10,6 мкм), осуществляли прецизионным дифференциальным винтом с ценой деления 1 мкм и визуально наблюдали в микроскоп с увеличением 300.сЗатем проводили сварку полученного контакта путем подключения его к заряженной емкости. Как показали опыты, ка 786713ка 10-о см осуществляли, когда емкость брали равной 0,01 мкФ, а напряжение на ней составляло 2 В (независимо от полярности), Качество сварки проверяли усилием на разрыв. Металлический характер сварного соединения подтверждался низким (доли Ом) сопротивлением собственно спая, тогда как сопротивление спая вместе с проволочной антенной составляло 2 - 3 Ом, Осциллограммы процесса сварки в этом режиме показали, что амплитуда импульса тока лежит в диапазоне 0,4 - 0,5 А, а длительность равна 0,1 мкс.Далее сварной контакт, находящийся в атмосфере воздуха, подключали к специально изготовленному низкоомному (0,5 Ом) источнику пилообразного .напряжения постоянного тока со скоростью нарастания 0,5 В/с. Когда ток через сварнои контакт уменьшался на 15% от максимального значения, напряжение автоматически отключа,лось за время порядка 1 мкс.В .зультате был получен неразъемный диод оптического диапазона со стабильными (в пределах ошибки измерений + 15%) параметрами (сопротивление 200 Ом, чувствительность 0,1 В(Вт к излучению Х = 10,6 мкм на частоте модуляции 80 мГц), и сроком службы, исчисляемым месяцами, Неразъемность диода подтверждалась наблюдениями в микроскоп при перемещениях дифференциального винта на +20 мкм относительно положения при получении выпрямляющего контакта, Подтверждением быстродействия диода (т3 10 4 с) до. статочного для эффективной работы в оптическом диапазоне, явилось получение с диода сигнала /л 30 дБ) биений на частоте 280 МГц при подаче на диод излучения 5 двух СО, лазеров, настроенных на переходы Р (20) и Р (22), и клистрона, работающего на частоте 54 ГГц.10 Формула изобретенияСпособ изготовления диодов оптическогодиапазона, включающий формирование контакта механическим контактированием кон чика заостренной проволочной антенны сполированной металлической поверхностью до появления выпрямляющего эффекта в оптическом диапазоне, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения, стабильности и срока службы диода, проводят формирование контакта в виде неразъемного металлического соединения с помощью сварки, затем подают в цепь контакта нарастающее напряжение постоянного тока на воздухе и 25 после уменьшения тока через контакт на10 - 20 ОО от максимального значения от.ключают напряжение в течение времени, не превышающего 10 мкс.ЗО Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе:1. Арр 11 ей Рйуз 1 сз, 13,4 с. 343 - 349,1977.786713 3(н 1 О сдак Утехина оррект Осииовск Изд.602 Тираж 784 Подписное дарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб, д. 4/5 Заказ 627/1233НПО сПоискэ 2 Ф оаг ю Составитель В. БуряченкТехред Л. Куклина Тип. Харьк. фил. пред. ПатентППП -ЛЙФОйтф на 7 4 . м

Смотреть

Заявка

2794891, 16.07.1979

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ В-8584

ЧЕРНЯКОВ В. Н

МПК / Метки

МПК: H01L 21/28

Метки: диодов, оптического, диапазона

Опубликовано: 23.12.1981

Код ссылки

<a href="http://patents.su/4-786713-sposob-izgotovleniya-diodov-opticheskogo-diapazona.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ изготовления диодов оптического диапазона</a>

Похожие патенты