RU128397U1 - MATRIX RECEIVER - Google Patents
MATRIX RECEIVERInfo
- Publication number
- RU128397U1 RU128397U1 RU2013101712/28U RU2013101712U RU128397U1 RU 128397 U1 RU128397 U1 RU 128397U1 RU 2013101712/28 U RU2013101712/28 U RU 2013101712/28U RU 2013101712 U RU2013101712 U RU 2013101712U RU 128397 U1 RU128397 U1 RU 128397U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- matrix
- lsi
- base region
- indium antimonide
- thickness
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Матричный фотоприемник, состоящий из соединенных между собой при помощи индиевых микростолбиков большой интегральной схемы (БИС) считывания и обработки фотосигналов и матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) - фотодиодов с общей базовой областью толщиной не менее (2÷3) обратных коэффициентов собственного поглощения и не более диффузионной длины неосновных носителей, отличающийся тем, что, с целью увеличения квантового выхода и существенного уменьшения рекомбинации носителей, на тыльной стороне МФЧЭ наносится просветляющее покрытие ZnS с предварительным ВЧ-катодным травлением ионами аргона поверхности антимонида индия в одном процессе.An array photodetector consisting of a large integrated circuit (LSI) for reading and processing photosignals and a matrix of photosensitive elements (MFCE) - photodiodes with a common base region with a thickness of at least (2 ÷ 3) inverse intrinsic absorption coefficients and no more than diffusion length of minority carriers, characterized in that, in order to increase the quantum yield and significantly reduce carrier recombination, an antireflection coating is applied on the back side ZnS with preliminary RF cathodic etching by argon ions of the surface of indium antimonide in one process.
Description
Заявляемая полезная модель относится к полупроводниковым приборам, чувствительным к инфракрасному (ИК) излучению, и может использоваться при изготовлении матричных фотоприемников (ФП) на область спектра 3-5 мкм на основе антимонида индия.The inventive utility model relates to semiconductor devices that are sensitive to infrared (IR) radiation, and can be used in the manufacture of matrix photodetectors (FP) in the spectral region of 3-5 μm based on indium antimonide.
В большинстве современных матричных ФП ИК диапазона матрица фоточувствительных элементов (МФЧЭ) изготавливается на основе узкозонных полупроводников (например, InSb, КРТ и др.), эффективно преобразующих ИК излучение соответствующего диапазона длин волн в электрический сигнал. Обработка (накопление, усиление и трансляция сигнала потребителям) осуществляется с помощью кремниевой большой интегральной схемы (БИС), приемная часть которой также имеет матричную структуру (соответствующую матрице фоточувствительных элементов) и объединяется с матрицей фоточувствительных элементов посредством индиевых микроконтактов.In most modern matrix infrared phase transitions, the photosensitive element matrix (MFCF) is made on the basis of narrow-gap semiconductors (for example, InSb, MCT, etc.), which effectively convert the infrared radiation of the corresponding wavelength range into an electrical signal. Processing (accumulation, amplification and transmission of the signal to consumers) is carried out using a silicon large integrated circuit (LSI), the receiving part of which also has a matrix structure (corresponding to a matrix of photosensitive elements) and is combined with a matrix of photosensitive elements through indium microcontacts.
Известны матричные фотоприемники диапазона 3-5 мкм, в которых тонкая структура антимонида индия состыкована посредством индиевых микростолбиков с кремниевой БИС считывания.Known matrix photodetectors in the range of 3-5 μm, in which the fine structure of indium antimonide is docked by means of indium micro columns with silicon readout LSI.
Данный матричный фотоприемник, как наиболее близкий к предлагаемому, принят за прототип [см. Proceedings of SPIE Vol. 4086 (2000), pp.155-157, Fig.1].This matrix photodetector, as the closest to the proposed one, is adopted as a prototype [see Proceedings of SPIE Vol. 4086 (2000), pp. 155-157, Fig. 1].
Изготовление матричного фотоприемника (МФП) из объемного материала требует утоньшения базовой области до толщины 8÷12 мкм тонкой базовой области. Процесс утоньшения включает бездефектную химико-механическую полировку до толщины базовой области 100÷80 мкм и химико-динамическую обработку до конечной толщины. Неплоскостность поверхности при размере МФП порядка 10 мм оказалась не хуже ±2 мкм.The fabrication of a matrix photodetector (MFP) from bulk material requires thinning the base region to a thickness of 8 ÷ 12 μm thin base region. The thinning process involves defect-free chemical-mechanical polishing to a thickness of the base region of 100 ÷ 80 μm and chemical-dynamic processing to a final thickness. The surface non-flatness with an MFP size of about 10 mm was no worse than ± 2 μm.
При изготовлении матричных фотоприемников (МФП), стыкуемых с кремниевыми БИС мультиплексоров посредством индиевых столбиков, освещение падает со стороны базовой области матричного ФЧЭ на основе InSb.In the manufacture of matrix photodetectors (MFPs) that interface with silicon LSI multiplexers using indium columns, illumination falls from the base region of the matrix PSE based on InSb.
До настоящего времени использовалась технология изготовления МФЧЭ из трех основных автономных этапов:Until now, the technology for the production of MFCE from three main autonomous stages has been used:
- изготовление кремниевой БИС мультиплексора с индиевыми столбиками;- manufacture of silicon LSI multiplexer with indium columns;
- изготовление матрицы фотодиодов с индиевыми столбиками на толстой базовой области InSb, утоньшение ее на технологической прецизионной подложке методами химико-механической полировки и химико-динамической полировки до толщины 10÷20 мкм с последующей переклейкой тонкой структуры InSb на «просветленную» кремниевую подложку с помощью оптического клея;- fabrication of an array of photodiodes with indium columns on a thick InSb base region, thinning it on a technological precision substrate using chemical-mechanical polishing and chemical-dynamic polishing to a thickness of 10–20 μm, followed by re-sticking the thin InSb structure onto an “enlightened” silicon substrate using an optical glue;
- стыковка кремниевой БИС и тонкой структуры InSb на Si-подложке.- docking of silicon LSI and the fine structure of InSb on a Si substrate.
Недостатком этой технологии являются потери полезного сигнала при прохождении ИК-илучения в Si-подложке и оптическом клее. Кроме того, в некоторых случаях наблюдается искажение сигнала за счет интерференции в клеевом слое.The disadvantage of this technology is the loss of the useful signal during the passage of infrared radiation in the Si substrate and optical glue. In addition, in some cases, signal distortion due to interference in the adhesive layer is observed.
Вследствие малой величины шага (до 15 мкм) для снижения величины фотоэлектрической взаимосвязи необходимо утоньшение базовой области InSb до 7÷10 мкм, что становится проблематичным при изготовлении МФЧЭ по ранее разработанной технологии, так как возникают трудности при переклейке «тонкой» структуры InSb.Due to the small step size (up to 15 μm), in order to reduce the photoelectric interconnection, it is necessary to thin the InSb base region to 7–10 μm, which becomes problematic in the manufacture of MFCE using the previously developed technology, since difficulties arise when re-bonding the “thin” InSb structure.
Разработаны основы технологии, исключающей эти недостатки. Она заключается в утоньшении базовой области толщиной 500 мкм МФЧЭ InSb, предварительно гибридизированной с кремниевой БИС считывания.The foundations of a technology that eliminates these disadvantages are developed. It consists in thinning the base region with a thickness of 500 μm InCh SEC, pre-hybridized with silicon readout LSI.
Разработка нового технологического маршрута позволяет снизить потери и искажение полезного сигнала за счет исключения интерферирующего тонкого клеевого слоя на пути прохождения ИК-излучения, уменьшить величину фотоэлектрической взаимосвязи благодаря возможности утоньшения фоточувствительного слоя InSb до 7÷10 мкм, а также за счет исключения операций переклейки «тонкой» структуры InSb снизить трудоемкость изготовления МФЧЭ, а, следовательно, увеличить процент выхода годных МФЧЭ.The development of a new technological route allows to reduce losses and distortion of the useful signal by eliminating the interfering thin adhesive layer along the path of infrared radiation, to reduce the photoelectric relationship due to the possibility of thinning the photosensitive InSb layer to 7 ÷ 10 μm, as well as by eliminating the re-sticking operations of “thin »InSb structures to reduce the complexity of the production of MFCEs and, consequently, increase the percentage of yield of MFCECs.
Кроме этого, недостатком обычной технологии является динамическая взаимосвязь в МФПУ на основе фотодиодов из InSb заключающаяся в том, что после окончания засветки какой либо группы пикселей матрицы инфракрасным излучением высокой интенсивности (например, АЧТ с температурой ≥500 К) с каждого из засвеченных пикселей на протяжении длительного времени (вплоть до десятков минут) регистрируется остаточный сигнал в несколько раз превышающий шум (эффект памяти, эффект латентного изображения).In addition, a drawback of conventional technology is the dynamic interconnection in MFPs based on InSb photodiodes, which consists in the fact that after exposure to any group of matrix pixels with high-intensity infrared radiation (for example, blackbody with temperature ≥500 K) from each of the illuminated pixels for For a long time (up to tens of minutes), a residual signal is recorded several times higher than noise (memory effect, latent image effect).
Величина эффекта составляет до 100 единиц шума МФПУ при засветке паяльником с температурой 230°С, или до 90 дБ от уровня мощного ИК-излучения. Этот эффект может ухудшать тактико-технические характеристики аппаратуры на основе МФПУ.The magnitude of the effect is up to 100 units of noise MFPU when exposed to a soldering iron with a temperature of 230 ° C, or up to 90 dB from the level of powerful infrared radiation. This effect may degrade the performance characteristics of equipment based on the MFP.
Для улучшения фотоэлектрических характеристик МФП была разработана технология нанесения просветляющего покрытия ZnS толщиной ~5000 А с предварительным ВЧ-катодным травлением ионами аргона поверхности антимонида индия в одном процессе с минимумом отражения на длине волны ~4 мкм.To improve the photoelectric characteristics of MFPs, a technology was developed for applying a ZnS antireflection coating with a thickness of ~ 5000 A with preliminary RF cathodic etching with argon ions of the surface of indium antimonide in one process with a minimum reflection at a wavelength of ~ 4 μm.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежом фиг.1, на котором схематически представлен предлагаемый матричный фотоприемник в разрезе.The inventive utility model is illustrated by the drawing of figure 1, which schematically shows the proposed matrix photodetector in section.
Матрица фоточувствительных элементов на основе антимонида индия 2 с нанесенным антиотражающим покрытием (ZnS) 1 с помощью предварительного ВЧ-катодного травления ионами аргона поверхности антимонида индия в одном процессе объединена с кремниевой БИС считывания 4 посредством индиевых микроконтактов 3.The matrix of photosensitive elements based on
Заявляемый матричный фотоприемник на основе антимонида индия работает на принципе внутреннего фотоэффекта. Регистрируемое излучение поступает на матрицу фоточувствительных элементов через просветление, прозрачное в рабочей области спектра, путем собственного поглощения его в базовой области антимонида индия и последующей диффузии неосновных носителей заряда в область p-n переходов. Сигналы от фоточувствительных элементов матрицы посредством индиевых микроконтактов попадают в БИС считывания, где обрабатываются и выводятся на регистрирующую аппаратуру.The inventive matrix photodetector based on indium antimonide operates on the principle of the internal photoelectric effect. The detected radiation enters the matrix of photosensitive elements through bleaching, which is transparent in the working region of the spectrum, by its intrinsic absorption in the base region of indium antimonide and the subsequent diffusion of minority carriers into the region of pn junctions. The signals from the photosensitive elements of the matrix through indium microcontacts get into the readout LSI, where they are processed and output to the recording equipment.
Были изготовлены и испытаны опытные образцы матричных фотоприемников формата 320×256 элементов с шагом 30 мкм с использованием предлагаемой конструкции (смотри фотографию матричного фотоприемника на фиг.2).Prototypes of matrix photodetectors of the format 320 × 256 elements with a step of 30 μm were manufactured and tested using the proposed design (see photo of the matrix photodetector in figure 2).
Исследования полученных образцов показали, что чувствительность структур с напылением ZnS в 1.5÷2 раза выше обычных структур с анодным окислом, а квантовый выход достигает 90%, что свидетельствует об уменьшенной скорости поверхностной рекомбинации в случае предварительного ВЧ-катодного травления ионами аргона поверхности антимонида индия. Кроме этого, скорость рекомбинации носителей на тыльной стороне МФЧЭ оказалась на порядок меньше в структурах с обработкой ионами аргона перед напылением ZnS, основной причиной которого является наличие медленных состояний на границе раздела анодный окисел - антимонид индия с обратной стороны.Studies of the obtained samples showed that the sensitivity of structures with ZnS sputtering is 1.5--2 times higher than conventional structures with anodic oxide, and the quantum yield reaches 90%, which indicates a reduced surface recombination rate in the case of preliminary RF cathodic etching with argon ions of indium antimonide surface. In addition, the carrier recombination rate on the back side of the MFCE turned out to be an order of magnitude lower in structures treated with argon ions before ZnS deposition, the main reason for which is the presence of slow states at the anode oxide - indium antimonide interface on the reverse side.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013101712/28U RU128397U1 (en) | 2013-01-14 | 2013-01-14 | MATRIX RECEIVER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013101712/28U RU128397U1 (en) | 2013-01-14 | 2013-01-14 | MATRIX RECEIVER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU128397U1 true RU128397U1 (en) | 2013-05-20 |
Family
ID=48804442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013101712/28U RU128397U1 (en) | 2013-01-14 | 2013-01-14 | MATRIX RECEIVER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU128397U1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2546219C1 (en) * | 2013-10-29 | 2015-04-10 | ОАО "Научно-исследовательский институт электронных приборов" | Optic unit of proximity fuse for ammunition |
RU2564813C1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-10-10 | Акционерное общество "НПО "Орион" (АО "НПО "Орион") | Multichip polychromatic photo receiver (pr) with expanded spectral response of quantum efficiency |
RU2571434C1 (en) * | 2014-10-03 | 2015-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации | Photosensitive cell array |
RU2749957C2 (en) * | 2019-12-04 | 2021-06-21 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Method for manufacture of array photodetector |
-
2013
- 2013-01-14 RU RU2013101712/28U patent/RU128397U1/en active IP Right Revival
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2546219C1 (en) * | 2013-10-29 | 2015-04-10 | ОАО "Научно-исследовательский институт электронных приборов" | Optic unit of proximity fuse for ammunition |
RU2564813C1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-10-10 | Акционерное общество "НПО "Орион" (АО "НПО "Орион") | Multichip polychromatic photo receiver (pr) with expanded spectral response of quantum efficiency |
RU2571434C1 (en) * | 2014-10-03 | 2015-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации | Photosensitive cell array |
RU2749957C2 (en) * | 2019-12-04 | 2021-06-21 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Method for manufacture of array photodetector |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106454163B (en) | Image sensor with hybrid heterostructure | |
JP4715203B2 (en) | Photodetector circuit | |
KR101944115B1 (en) | Solid-state imaging device, manufacturing method of the same and electronic apparatus | |
CN106067469B (en) | Camera head and electronic equipment | |
RU128397U1 (en) | MATRIX RECEIVER | |
CN108281455B (en) | Charge coupled device with avalanche gain | |
Meynants et al. | Backside illuminated global shutter CMOS image sensors | |
US20180288352A1 (en) | Solid-state image capturing element, manufacturing method therefor, and electronic device | |
WO2013111637A1 (en) | Solid-state image pickup apparatus, method for manufacturing solid-state image pickup apparatus, and electronic apparatus | |
TWI670978B (en) | Imaging sensor with boosted photodiode drive | |
CN109273469A (en) | Imaging sensor and forming method thereof | |
CN106129074B (en) | Back-illuminated cmos image sensors | |
CN102169884B (en) | Solid-state imaging device, method of manufacturing thereof, and electronic apparatus | |
US11114491B2 (en) | Back-illuminated sensor and a method of manufacturing a sensor | |
CN110400816A (en) | Imaging sensor and forming method thereof | |
CN109616487A (en) | Back side illumination image sensor and its manufacturing method | |
CN108364966B (en) | Image sensor and forming method thereof | |
KR20150016071A (en) | Solid-state imaging device and camera module | |
Wu et al. | A multimode CMOS vision sensor with on-chip motion direction detection and simultaneous energy harvesting capabilities | |
CN209461463U (en) | A kind of semiconductor structure of back-illuminated detectors | |
US9911780B1 (en) | Backside metal grid and metal pad simplification | |
JP5253856B2 (en) | Solid-state imaging device | |
RU154473U1 (en) | MATRIX PHOTO RECEIVER | |
RU2703497C1 (en) | Multi-element photodetector | |
JP7290955B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20130613 |
|
NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20151020 |