RU156627U1

RU156627U1 - SILICON DIFFERENTIAL PHOTO RECEIVER

Info

Publication number: RU156627U1
Application number: RU2015117120/28U
Authority: RU
Inventors: Валерий Владимирович Гаврушко; Александр Сергеевич Ионов; Олег Равильевич Кадриев; Валентин Александрович Ласткин; Александр Андреевич Сапожников
Priority date: 2015-05-05
Filing date: 2015-05-05
Publication date: 2015-11-10

Abstract

1. Кремниевый дифференциальный фотоприемник, состоящий из двух фотодиодов, отличающийся тем, что один из фотодиодов содержит ионно-легированный слой с высокой концентрацией примеси.2. Фотоприемник по п. 1, отличающийся тем, что в качестве примеси используется мышьяк с поверхностной концентрацией, превышающей 200 мкКл/см.1. Silicon differential photodetector consisting of two photodiodes, characterized in that one of the photodiodes contains an ion-doped layer with a high impurity concentration. A photodetector according to claim 1, characterized in that arsenic with a surface concentration exceeding 200 μC / cm is used as an impurity.

Description

Полезная модель относится к области опто- и микроэлектроники и может быть использовано в приборах контроля ультрафиолетового (УФ) и видимого излучения.The utility model relates to the field of optoelectronics and microelectronics and can be used in control devices for ultraviolet (UV) and visible radiation.

Известен кремниевый дифференциальный фотоприемник, имеющий два фотодиода, один из которых закрыт фильтром, блокирующим коротковолновое излучение (см. US №7196311, H01L 27/15, 27.03.2007). Наличие фильтра позволяет путем вычитания сигналов снизить чувствительность фотоприемника в длинноволновой части спектра.Known silicon differential photodetector having two photodiodes, one of which is closed by a filter that blocks short-wave radiation (see US No. 7196311, H01L 27/15, 03/27/2007). The presence of a filter allows by subtracting signals to reduce the sensitivity of the photodetector in the long-wavelength part of the spectrum.

Наиболее близким техническим решением является фотоприемник (см. BY 8532 U, H01L 27/15, 30.08.2012), в котором один из фотодиодов закрыт фильтром, а на втором фотодиоде сформирован экран, уменьшающий площадь приемной площадки. Это позволяет скорректировать чувствительность фотоприемников и более эффективно устранить паразитную составляющую излучения в длинноволновой части спектра.The closest technical solution is a photodetector (see BY 8532 U, H01L 27/15, 08/30/2012), in which one of the photodiodes is covered by a filter, and a screen is formed on the second photodiode, which reduces the area of the receiving area. This allows you to adjust the sensitivity of the photodetectors and more effectively eliminate the spurious component of radiation in the long-wavelength part of the spectrum.

Недостатком известных фотоприемников является трудность в подборе фильтра с требуемой спектральной характеристикой, что делает их недостаточно селективным из-за наличия в разностном сигнале значительной доли инфракрасной (ИК) составляющей фототока. Особенно это нежелательно при регистрации коротковолнового ультрафиолетового излучения, поскольку оно составляет лишь малую часть в суммарном сигнале фотоприемника.A disadvantage of the known photodetectors is the difficulty in selecting a filter with the required spectral characteristic, which makes them insufficiently selective due to the presence of a significant fraction of the infrared (IR) component of the photocurrent in the difference signal. This is especially undesirable when registering short-wave ultraviolet radiation, since it makes up only a small part in the total signal of the photodetector.

Технической задачей полезной модели является снижение чувствительности фотоприемника в длинноволновой области спектра.The technical task of the utility model is to reduce the sensitivity of the photodetector in the long-wavelength region of the spectrum.

Поставленная задача решается тем, что один из фотодиодов содержит тонкий ионно-легированный поверхностный слой с высоким содержанием примеси. В качестве примеси может быть использован мышьяк с поверхностной концентрацией, превышающей 200 мкКл/см².The problem is solved in that one of the photodiodes contains a thin ion-doped surface layer with a high impurity content. As an impurity, arsenic with a surface concentration in excess of 200 μC / cm ² can be used.

Ионно-легированный слой с повышенной концентрацией примеси содержит структурные дефекты, что приводит к увеличению скорости рекомбинации фотоносителей, образованных УФ излучением. Кроме того, особенность в характере распределения примеси при имплантации создает тормозящее электрическое поле для фотоносителей в приповерхностной области. Таким образом, наличие ионно-легированного слоя снижает чувствительность фотодиода в УФ диапазоне, как за счет рекомбинационных процессов, так и за счет создания тормозящего электрического поля. Вместе с тем тонкий поверхностный слой слабо влияет на процессы генерации фототока в глубоких слоях, что делает идентичной спектральную чувствительность обоих фотодиодов в длинноволновой части спектра. Полезный сигнал может быть получен путем вычитания фототоков двух каналов. При этом идентичность чувствительности обоих фотодиодов в длинноволновой части спектра обеспечивает сужение спектральной характеристики фотоприемника, повышение его избирательности и глубокое подавление паразитной составляющей в ИК области.An ion-doped layer with an increased concentration of impurities contains structural defects, which leads to an increase in the rate of recombination of photocarriers formed by UV radiation. In addition, a feature in the nature of the distribution of impurities during implantation creates a decelerating electric field for photocarriers in the near-surface region. Thus, the presence of an ion-doped layer reduces the sensitivity of the photodiode in the UV range, both due to recombination processes and due to the creation of an inhibitory electric field. At the same time, a thin surface layer weakly affects the processes of photocurrent generation in deep layers, which makes the spectral sensitivity of both photodiodes identical in the long-wavelength part of the spectrum. A useful signal can be obtained by subtracting the photocurrents of two channels. In this case, the identity of the sensitivity of both photodiodes in the long-wavelength part of the spectrum provides a narrowing of the spectral characteristics of the photodetector, increasing its selectivity and deep suppression of the parasitic component in the IR region.

Сущность полезной модели поясняется изображениями. На фиг. 1 показан пример реализации изобретения. Структура фотоприемника включает в себя:The essence of the utility model is illustrated by images. In FIG. 1 shows an example implementation of the invention. The structure of the photodetector includes:

1 - ионно-легированный слой;1 - ion-doped layer;

2 - просветляющее покрытие SiO2;2 - antireflection coating of SiO2;

3 - алюминиевую металлизацию;3 - aluminum metallization;

4 - толстый окисный слой SiO2.4 - a thick oxide layer of SiO2.

На подложке p-типа сформированы две n-области (A и B), идентичные по глубине, концентрации и размерам. Пленки алюминия 2 играли роль оптического экрана, задающего размеры фоточувствительных площадок, а также служили электрическими выводами. Для обеспечения омического контакта с n-слоем по периферийной области фоточувствительного слоя проводилась подконтактная диффузия фосфора на глубину около 2 мкм. Диффузионные p⁺ области служили для ограничения каналов инверсии, вносимых зарядом окисла. После формирования идентичных структур фотодиод А подвергался дополнительной обработке с целью создания тонкого ионно-легированного n⁺-слоя, который был получен внедрением мышьяка.Two n-regions (A and B) are formed on the p-type substrate, identical in depth, concentration, and size. Films of aluminum 2 played the role of an optical screen that sets the size of photosensitive pads, and also served as electrical leads. To ensure ohmic contact with the n layer, peripheral diffusion of phosphorus to a depth of about 2 μm was carried out along the peripheral region of the photosensitive layer. Diffusion p ⁺ regions served to limit the inversion channels introduced by the oxide charge. After the formation of identical structures, photodiode A was subjected to additional processing in order to create a thin ion-doped n ⁺ layer, which was obtained by incorporation of arsenic.

На фиг. 2 приведены спектральные характеристики отдельных первого и второго фотодиодов. Как видно, чувствительности обоих каналов хорошо совпадают в длинноволновой области спектра. Для области коротких волн наблюдалась лучшая чувствительность канала 2, не содержащего ионно-легированного слоя. Максимальное значение характеристики имели в районе 0,55 мкм. На фиг. 3 приведена спектральная характеристика предлагаемого дифференциального фотоприемника, полученная вычитанием сигналов от двух фотодиодов. Максимум чувствительности сместился в коротковолновую область к границе видимого диапазона с УФ излучением и соответствовал 0,35 мкм. Длинноволновая граница чувствительности (по 50% уровню) сместилась от 0,85 до 0,43 мкм. Таким образом, предлагаемый фотоприемник позволяет решить поставленную задачу.In FIG. 2 shows the spectral characteristics of the individual first and second photodiodes. As can be seen, the sensitivities of both channels coincide well in the long-wavelength region of the spectrum. For the short-wave region, the best sensitivity of channel 2 was observed, which did not contain an ion-doped layer. The maximum value of the characteristics was in the region of 0.55 μm. In FIG. 3 shows the spectral characteristic of the proposed differential photodetector obtained by subtracting signals from two photodiodes. The maximum sensitivity shifted to the short-wave region to the border of the visible range with UV radiation and corresponded to 0.35 μm. The long-wavelength limit of sensitivity (at a 50% level) has shifted from 0.85 to 0.43 microns. Thus, the proposed photodetector allows to solve the problem.

Следует отметить, что для достижения положительного эффекта уровень легирования имплантированного слоя должен быть достаточно высоким. При использовании в качестве донора мышьяка доза легирования должна быть выше 200 мкКл/см².It should be noted that in order to achieve a positive effect, the level of doping of the implanted layer must be sufficiently high. When using arsenic as a donor, the doping dose should be above 200 μC / cm ² .

Техническим результатом является снижение чувствительности фотоприемника в длинноволновой области спектра.The technical result is to reduce the sensitivity of the photodetector in the long wavelength region of the spectrum.

Claims

1. Silicon differential photodetector, consisting of two photodiodes, characterized in that one of the photodiodes contains an ion-doped layer with a high concentration of impurities.

2. The photodetector according to claim 1, characterized in that arsenic with a surface concentration exceeding 200 μC / cm ² is used as an impurity.