專利名稱：微型高效寬光譜換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能量轉(zhuǎn)換裝置，尤其是一種可以將光、熱、輻射等多種能量和電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換的換能器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，同時(shí)本發(fā)明還涉及該換能器的制備工藝方法，屬于能量轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。
為了達(dá)到上述目的，申請(qǐng)人經(jīng)過深入研究和反復(fù)實(shí)踐，提出以下技術(shù)方案本發(fā)明的微型高效寬光譜換能器包括半導(dǎo)體襯底、擴(kuò)散層，以及從襯底引出的電極，半導(dǎo)體襯底和擴(kuò)散層形成單PN結(jié)。此外，還含有高滲雜層和離子注入層，所述離子注入層夾在襯底與高滲雜層之間，形成雙PN結(jié)。高滲雜層引出電極，并覆蓋離子注入層，使離子注入層厚度在1nm-100nm之間。兩個(gè)以上的雙PN結(jié)區(qū)域從端頭半導(dǎo)體襯底與擴(kuò)散層形成的單PN結(jié)區(qū)域延伸，并與所述單PN結(jié)的延伸區(qū)域相間，構(gòu)成柵欄狀結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)用新型微型高效寬光譜換能器襯底與離子注入層之間PN結(jié)界面，可以產(chǎn)生與普通光電池類似的光生電位，由此而產(chǎn)生的光生電流可以用下式表示J＝-qμn(dΦn/dx) (1)(1)式中J光生電流q電子電荷μ電子遷移率n電子密度Φn光生電位其中，qΦn為光生電位引入后的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。
而在離子注入層與高滲雜擴(kuò)散層之間的PN結(jié)界面之間，由于此區(qū)間在電子自由程的距離內(nèi)，勢能改變很快，不存在平衡狀態(tài)，所以此區(qū)域內(nèi)的載流子不能用準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)來描述，其光生電流應(yīng)當(dāng)用下式表示J＝q(nm-no)VR(2)(2)式中 J光生電流q電子電荷nm有電流時(shí)在xm處的電荷密度no在xm處的準(zhǔn)平衡電荷密度VR勢能極大處的復(fù)合速度根據(jù)上述理論分析可知，當(dāng)注入光強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，無論是短譜還是長譜，均將引起量子隧道效應(yīng)。換個(gè)角度通俗些說，由于高滲雜作用使高滲雜擴(kuò)散層與離子注入層之間的PN結(jié)處、包括“覆蓋”區(qū)域，積聚大量可以吸收近紅外線的載流子，而離子注入層的厚度極薄，載流子很容易穿越其形成的勢壘，因此兩PN結(jié)處的總電流將是光生電流加上吸收熱能載流子產(chǎn)生的電流及隧道電流之和，以上的熱能包括光輻射熱以及光電轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的熱能。所以，采用本實(shí)用新型后，換能器可吸收的光譜范圍廣，靈敏度高，輸出功率大。此外，本實(shí)用新型的“柵欄狀結(jié)構(gòu)”使得換能器的受光面積最大，因此其結(jié)構(gòu)緊湊，在輸出同等功率的情況下，尺寸最小。結(jié)果，其漏電流引起的噪音低，信噪比高；并且時(shí)間常數(shù)小，加上利用多子傳輸機(jī)制取代少子傳輸，因此開關(guān)速度快?？傊?，本實(shí)用新型真正實(shí)現(xiàn)了將光能、輻射熱能以及光電轉(zhuǎn)換過程中的熱能均高效率地轉(zhuǎn)換成電能。因?yàn)榱孔铀淼佬?yīng)帶來的電流增益遠(yuǎn)比光生電流大得多，因此轉(zhuǎn)換效率大大提高，加之其光譜寬、噪音低、開關(guān)速度快的特性，十分適合于在通信以及光電子對(duì)抗等諸多領(lǐng)域推廣應(yīng)用。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)本實(shí)施例夾層結(jié)構(gòu)中的p+離子注入層3為合適的納米級(jí)尺寸時(shí)，可以具有熱生載流子的傳輸能力，即微型高效寬光譜換能器不僅可以通過光生載流子將光能轉(zhuǎn)變成電能，同時(shí)可以通過熱生載流子將光輻射熱能以及光電轉(zhuǎn)換過程中的熱能均轉(zhuǎn)變成電能。由于熱生載流子的數(shù)量遠(yuǎn)比光生載流子多得多，并能形成隧道效應(yīng)，因此本實(shí)施例微型高效寬光譜換能器的工作電流可以高出普通光電器件好多倍。尤其是當(dāng)將多個(gè)本實(shí)施例串聯(lián)或并聯(lián)時(shí)，可以形成功率強(qiáng)大的發(fā)電器。與同功率的普通換能器比較，體積可以縮小好多倍，結(jié)果帶來的好處是，漏電流小，噪音低，靈敏度高，時(shí)間常數(shù)小，開關(guān)速度快，可以很好地滿足通信領(lǐng)域以及光電子對(duì)抗對(duì)換能器的要求。
除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他變化型式。例如，半導(dǎo)體襯底1為p-型，擴(kuò)散層2為n+型，離子注入層3為n+型，高滲雜層4為p++型。又如，在半導(dǎo)體襯底1的一端上直接制有用作引出電極的高滲雜擴(kuò)散層，這樣不僅電極的引出更方便，可以實(shí)現(xiàn)平面結(jié)構(gòu)，用單晶材料即可制作，成本更低。再如，在高濃度離子注入層與離子注入層之間、以及離子注入層與襯底之間也可以設(shè)置本征層(π層)，起緩沖作用。另外，為了實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換成電的高效性，在使用微型高效寬光譜換能器時(shí)，在電極之間外加偏置電壓；以及為了減小漏電流，在襯底周邊通過擴(kuò)散設(shè)置p+或n+隔離槽(為了降低成本，也可不設(shè)置隔離槽)；等等。這些均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種微型高效寬光譜換能器，包括半導(dǎo)體襯底、擴(kuò)散層，以及從襯底引出的電極，半導(dǎo)體襯底和擴(kuò)散層形成單PN結(jié)，其特征在于還含有高滲雜層和離子注入層，所述離子注入層夾在襯底與高滲雜層之間，形成雙PN結(jié)，所述高滲雜層引出電極，并覆蓋離子注入層，使離子注入層厚度在1nm-100nm之間，所述兩個(gè)以上的雙PN結(jié)區(qū)域從端頭半導(dǎo)體襯底與擴(kuò)散層形成的單PN結(jié)區(qū)域延伸，并與所述單PN結(jié)的延伸區(qū)域相間，構(gòu)成柵欄狀結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型高效寬光譜換能器，其特征在于所述襯底為n-型，所述擴(kuò)散層為p+型，所述離子注入層為p+型，所述高滲雜層為高濃度離子注入層為n++型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型高效寬光譜換能器，其特征在于所述襯底為p-型，所述擴(kuò)散層為n+型，所述離子注入層為n+型，所述高滲雜層為高濃度離子注入層為p++型。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的微型高效寬光譜換能器，其特征在于所述襯底的一側(cè)上直接制有用作引出電極的高滲雜擴(kuò)散層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的微型高效寬光譜換能器，其特征在于所述高濃度離子注入層與離子注入層之間、以及離子注入層與襯底之間設(shè)置本征層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的微型高效寬光譜換能器，其特征在于所述襯底周邊設(shè)置p+或n+隔離槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的微型高效寬光譜換能器，其特征在于所述電極的局部與擴(kuò)散層通過電極連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微型高效寬光譜換能器,屬于能量轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。該換能器包括半導(dǎo)體襯底、擴(kuò)散層、高滲雜層,以及分別從襯底和高滲雜層引出的電極,半導(dǎo)體襯底和擴(kuò)散層形成單PN結(jié),此外夾在襯底與高滲雜層之間、形成雙PN結(jié)的離子注入層。高滲雜層覆蓋離子注入層,使其厚度在1nm—100nm之間,兩個(gè)以上的雙PN結(jié)區(qū)域從端頭半導(dǎo)體襯底與擴(kuò)散層形成的單PN結(jié)區(qū)域延伸,并與單PN結(jié)的延伸區(qū)域相間,構(gòu)成柵欄狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型可以將光能、輻射熱能以及光電轉(zhuǎn)換過程中的熱能均高效率地轉(zhuǎn)換成電能,加之其吸收光譜寬、噪音低、開關(guān)速度快的特性,十分適合于在通信以及光電子對(duì)抗等諸多領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01L31/04GK2509722SQ0126328
公開日2002年9月4日 申請(qǐng)日期2001年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月17日
發(fā)明者陳鐘謀 申請(qǐng)人:陳鐘謀