Технологія кремнієвих p-i-n фотодіодів зі зменшеною кількістю термічних операцій
DOI:
https://doi.org/10.31861/sisiot2023.1.01002Ключові слова:
кремній, фотодіод, питомий опір, чутливість, мезоструктураАнотація
Основними параметрами p-i-n фотодіодів (ФД) є чутливість, темновий струм та ємність фоточутливих елементів (ФЧЕ). Для забезпечення максимальних значень вказаних параметрів потрібно використовувати бездефектний кремній із максимальними значеннями питомого опору та часу життя неосновних носіїв заряду. Дані характеристики вихідного матеріалу деградують під час проведення високотемпературних термічних операцій. Тому варто застосовувати технологію, яка дозволяє уникати деградації характеристик кремнію. Це можна втілити зниженням температури дифузійних та окислювальних операцій, а також зниженням кількості власне термічних операцій. Зразки виготовлялись за двома варіантами технології: за дифузійно-планарною із використанням двостадійної дифузії фосфору з планарних джерел, та за мезотехнологію із використанням одностадійної дифузії фосфору з використанням рідкого дифузанту PCl3. Після виготовлення параметри ФД порівнювались. Використання мезотехнології з одностадійною дифузію фосфору дозволило скоротити кількість термічних операцій в двічі відносно серійної технології. Експериментальні зразки володіли імпульсною чутливістю на довжині хвилі 1,064 мкм 0,47-0,50 А/ВТ, а серійні 0,45-0,48 А/ВТ. Відмінність чутливості спричинена відмінністю часу життя неосновних носіїв заряду ,оскільки в випадку запропонованої технології, міра деградації часу життя неосновних носіїв заряду в процесі виготовлення менша. Після селективного травлення, побачено, що при використанні рідкого дифузанту густина дислокацій на поверхні кристалів значно більша, ніж при використанні планарних джерел фосфору. Внаслідок вищої густини дислокацій експериментальні зразки володіли вищими темновими струмами, але при використанні низької напруги зміщення різниця в темнових струмах несуттєва. Ємність ФЧЕ експериментальних зразків була дещо нижчою, ніж серійних. Це можна пояснити різницею питомого опору і-області кінцевих кристалів.
Завантажити
Посилання
Aliane, A., Ouvrier-Buffet, J. L., Ludurczak, W., André, L., Kaya, H., Vialle, C., ... & Hartmann, J. M. Fabrication and characterization of sensitive vertical PiN germanium photodiodes as infrared detectors. Semiconductor Science and Technology, vol. 35(3), 035013, 2020. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6641/ab6bf7
Kukurudziak M.S. Formation of Dislocations During Phosphorus Doping in the Technology of Silicon p-i-n Photodiodes and their Influence on Dark Currents. Journal of nano- and electronic physics. Vol. 14 No 4, 04015(6сс), 2022. DOI: https://doi.org/10.21272/jnep.14(4).04015
Peculiarities of changes in the structure and electrophysical characteristics of n-Si under the influence of various heat treatment regimes / H.P. Gaidar // Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. No. 5, pp. 42-51, 2020. DOI: https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.05.042 [Ukr]
Bakhrushin V. E. The influence of high-temperature treatments on the physical properties of single crystals and single crystal layers of silicon. Complex systems and processes, No. 1, pp. 32-46, 2005. [Rus]
Lytvynenko V. M., & Bogach M. V. Modeling of heterization processes of fast-diffusing impurities in Schottky diode technology. Bulletin of the Kherson National Technical University. Vol. 68(1), pp. 25-33, 2019. [Rus]
Kukurudziak M. S., & Maistruk E. V. Features of Diffusion Doping and Boron Gettering of Silicon pin Photodiodes. In 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). Pp. 1-6, 2022, October. IEEE. DOI: https://doi.org/10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916420
Boltar K.O., Chinareva I.V., Lopukhin A.A., Yakovleva N.I. Matrix planar and mesa-structures based on heteroepitaxial InGaAs layers. Applied Physics. No. 5, pp. 10-15, 2013.
Fedorenko A.V. Spectral responsivity of diffused Ge p-i-n photodiodes. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature. No. 3–4, pp. 17 – 23, 2020. http://dx.doi.org/10.15222/ TKEA2020.3-4.17 [Ukr].
Kukurudziak, M. S. Diffusion of phosphorus in technology for manufacturing silicon pin photodiodes. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. Vol. 25(4), pp. 385-393, 2022. DOI: https://doi.org/10.15407/spqeo25.04.385
Sirtl E. Adler. A. Flubsaure als sperifishes system zur atzgrubenentwicklang auf silizium//Z. Metallk. Vol.119(6), pp. 529-531, 1961. [Ger].
K. Ravey, Defects and impurities in semiconductor silicon. (S.N. Gorina, Trans.) (М.: Мir: 1984) [Rus].
M. S. Kukurudziak, Yu.G. Dobrovolsky, Silicon p – i – n photodiode of increased pulse responsivity, Technology and design in electronic equipment, Vol. 61(1-2), 2021. DOI: http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2021.1-2.61 [Ukr].
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
