Кремниевые фотоприемники с избирательной чувствительностью в ближней ультрафиолетовой области оптического спектра

• Автор: Ласткин, Валентин Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Великий Новгород
• Количество страниц: 164 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ФОТОПРИЕМНИКИ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ДИАПАЗОНА

1.1 Особенности полупроводниковых УФ фотодиодов

1.2 Материалы для изготовления УФ фото приемников

1.2.1 Фото приёмники на основе GaAs

1.2.2 Фото приемники на основе GaP

1.2.3 Фотоприемники на основе нитридов

1.2.4 Фотоприемники на основе SiC

1.2.5 Фотоприемники на основе алмаза

1.2.6 Фотоприемники на основе полупроводников
типа AnBVI
1.3 Кремниевые УФ фотоприемники
1.3.1 Фотодиоды на основе инверсионного слоя
1.3.2 Фотодиоды с барьером Шоттки
1.3.3 Фотодиоды с р-п-переходом, сформированным акцепторами
1.3.4 Фотодиоды с р-п-переходом, сформированным донорами
1.3.5 Система люминофор - кремниевый фотоприемник
1.4 Кремниевые УФ фотоприемники с селективной чувствительностью
1.4.1 Фотодиоды с тонким эпитаксиальным слоем
1.4.2 Фотодиоды с тормозящим полем и УФ фильтром
1.4.3 Использование системы “кремний на изоляторе”
1.4.4 Трехдиапазонный УФ фотоприемник
1.6 Выводы
ГЛАВА 2 ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО УФ ФОТОДИОДА
2.1 Выбор примеси для создания мелкозалегающих р-п-переходов
2.2 Разработка техпроцессов для создания мелких
р-л-переходов
2.3 Исследование ионно-легированных профилей мышьяка
2.3.1 Анодное окисление кремния
2.3.2 Определение концентрации и коэффициента термодиффузии
2.4 Технология изготовления УФ фотодиода
2.5 Выводы
ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИКОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФОТОДИОДОВ
3.1 Относительная спектральная характеристика
3.2 Абсолютная токовая чувствительность
3.2.1 Измерение ультрафиолетовой чувствительности
3.2.2 Измерение длинноволновой чувствительности
3.3 Исследование спектрального состава источников излучения
3.4 Установка для исследования вольтамперных характеристик
3.5 Выводы
ГЛАВА 4 СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ УФ ФОТОДИОДОВ
4.1 Дозовая зависимость УФ чувствительности
4.2 Влияние легирования через окисную плёнку
4.3 Сравнение ионно-легированных фотодиодов с инверсионным и диффузионным
4.4 Влияние уровня легирования подложки на спектральную

чувствительность
4.5 Влияние неоднородно легированной подложки
4.6 Влияние встроенного тормозящего ПОЛЯ
4.7 Использование УФ фильтров
4.8 Основные характеристики разработанных фотоприемников
4.8.1 Широкодиапазонный УФ фотодиод
4.8.2 Селективный УФ фотодиод
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

полупрозрачных металлических пленок и чистого барьера Шоттки. Эти трудности приводили к высоким значениям темновых токов. Кроме того, данные фотодиоды были эффективны только в ближней УФ области. При более коротких длинах волн происходил спад чувствительности, связанный с поглощением ультрафиолетового излучения в металлической плёнке.
1.3.3 Фотодиоды с р-и-переходом, сформированным акцепторами
Обычные кремниевые диффузионные фотодиоды на основе р-л-переходов обладали фоточувствительностью в области 0,4 ... 1,1 мкм с максимумом вблизи X = 0,8-0,9 мкм. Для повышения чувствительности данных фотодиодов в УФ области глубина залегания р-п-перехода должна составлять 0,1...0,3 мкм [8]. Примером такого фотоприемника с мелким р-л-переходом являлся фотодиод, разработанный в ОАО "ЦКБ Ритм", г. Черновцы, Украина [14]. Изготовленные фотодиоды имели высокий уровень токовой монохроматической чувствительности в области УФ излучения до 190 нм. Создание просветляющего покрытия в виде термически выращенного слоя двуокиси кремния на поверхности фоточувствительного элемента кристалла способствовало уменьшению отражения от его поверхности. В частности, для длины волны X = 0,2 мкм минимум отражения обеспечивался при толщине просветляющего слоя 0,07 мкм.
Приповерхностная область УФ фотодиода представлена слоем р+-типа проводимости, полученного диффузией бора в подложку л-типа проводимости для формирования р-л-перехода. Если оптическое излучение поглощалось в р+-области, то одна часть фотогенерированных неосновных носителей диффундировала к р-л-переходу, разделялась им и создавала фототок. Другая часть диффундировала к поверхности и рекомбинировала через поверхностные уровни, что приводило к уменьшению коэффициента собирания. При наличии тянущего поля в //"-области, обусловленного наличием градиента концентрации легирующей примеси, наиболее предпочтительным для неосновных носителей