RU168495U1 - Кремниевый p-i-n фотодиод с низкими темновыми токами - Google Patents
Кремниевый p-i-n фотодиод с низкими темновыми токами Download PDFInfo
- Publication number
- RU168495U1 RU168495U1 RU2016112215U RU2016112215U RU168495U1 RU 168495 U1 RU168495 U1 RU 168495U1 RU 2016112215 U RU2016112215 U RU 2016112215U RU 2016112215 U RU2016112215 U RU 2016112215U RU 168495 U1 RU168495 U1 RU 168495U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- oxide
- layer
- dark current
- model
- Prior art date
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 8
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910008065 Si-SiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006405 Si—SiO Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к p-i-n фотодиодам на основе кремния, чувствительным к излучению в спектральном диапазоне 0,6-1,1 мкм. Кремниевый p-i-n фотодиод содержит высокоомную подложку р-типа, защитный окисел и диффузионные n-области фоточувствительного слоя и охранного кольца на освещаемой стороне, диффузионную область р-типа на тыльной стороне, при этом под слоем окисла содержится ионнолегированный бором слой с поверхностной концентрацией 10-10см. Особенностями таких фотодиодов являются высокое быстродействие и смещенная в длинноволновую область спектральная характеристика, что дает возможность регистрировать лазерное излучение в ближнем ИК диапазоне. Технический результат полезной модели - снижение темнового тока фотодиода и повышение стабильности характеристик. 3ил.
Description
Полезная модель относится к p-i-n фотодиодам (ФД), и предназначена для использования в быстродействующей электронно-оптической аппаратуре, работающей в спектральном диапазоне 0,6-1,1 мкм.
Известен кремниевый p-i-n фотодиод большой площади (см. RU №56069, H01L 31/00, H01L 27/00, 27.08.2006), чувствительный на длинах волн 1,06 мкм и 0,9 мкм, который принят в качестве ближайшего аналога. В подложке из монокристаллического кремния р-типа проводимости с помощью диффузии фосфора через пленку двуокиси кремния (SiO2) сформированы области n+-типа проводимости: фоточувствительная область и область охранного кольца. На другой стороне подложки диффузией бора сформирован слой р-типа проводимости. Создание двухслойных омических контактов к фоточувствительной области, области охранного кольца и контактному слою p-типа проводимости осуществляется путем нанесения пленки золота с подслоем титана.
Недостатком полезной модели является снижение процента выхода годных изделий по значениям темновых токов фоточувствительных площадок и охранного кольца, из-за образования инверсионных слоев с высокой концентрацией неосновных носителей заряда в приповерхностных областях. Образование этих слоев приводит к большому вкладу поверхностных токов утечки в темновые токи фоточувствительных площадок и охранного кольца и снижению сопротивления между ними. Указанные слои возникают во время высокотемпературных процессов из-за образования положительного встроенного заряда на границе окисел-кремний и диффузии загрязняющих примесей, приводящих к изменению типа проводимости с p-типа на n-тип в приповерхностной области кремния. Кроме того, наличие на поверхности структуры неконтролируемых следов высокоподвижных ионов натрия приводит к нестабильности характеристик ФД, чему способствуют высокие рабочие напряжения p-i-n фотодиодов, увеличивающие скорость миграции ионов. Все это приводит к снижению процента выхода годных приборов.
Темновой ток ФД является важнейшим параметром, от которого зависит пороговая чувствительность и стабильность характеристик фотоприемника. Величина темнового тока определяется как объемными свойствами структуры прибора, так и наличием паразитных поверхностных каналов. При использовании для p-i-n структур высокоомных базовых материалов устранение поверхностных каналов становится важнейшей задачей, поскольку при рабочих напряжениях ФД поверхностные токи могут во много раз превышать объемные.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение уровня темнового тока фоточувствительных площадок и охранного кольца и снижение нестабильности характеристик.
Технический результат - снижение уровня темнового тока фотодиода и повышение стабильности характеристик.
Поставленная задача обеспечивается устранением инверсионных слоев в приповерхностных областях ФД и созданием в окисле ловушек для подвижных ионов. Это достигается тем, что p-i-n фотодиод, содержащий высокоомную подложку р-типа, защитный окисел и диффузионные n+ области фоточувствительного слоя и охранного кольца на освещаемой стороне, диффузионную область p+-типа на тыльной стороне, содержит дополнительно под слоем окисла ионнолегированный слой бора с поверхностной концентрацией 1011-1012 см-2.
Сущность полезной модели поясняется изображениями.
На фиг. 1 изображена структура фотодиода. Здесь показаны диффузионные n+ и p+-области, окисный слой и схематически обозначен ионнолегированный р+-слой, созданный имплантацией бора.
На фиг. 2 представлена вольт-амперная характеристика р-n-перехода, не содержащая ионнолегированного слоя бора.
На фиг. 3 представлена вольт-амперная характеристика предлагаемой полезной модели p-i-n фотодиода с наличием ионнолегированного слоя бора.
Пример реализации полезной модели.
В качестве исходного материала использовался кремний p-типа проводимости с удельным сопротивлением 10000÷15000 Ом⋅см. Толщина пластин составила 250 мкм. Для формирования основного p-n-перехода и охранного кольца, в пластину кремния проводилась диффузия фосфора методом открытой трубы при температуре 1050°С на глубину порядка 2 мкм. В обратную сторону проводилась подконтактная диффузия бора на глубину 1-1,5 мкм и слоевым сопротивлением 10-12 
.Для формирования омических контактов с лицевой и обратной стороны пластины в вакууме напылялась система металлов Ti-Ni-Au с последующим гальваническим осаждением золота. После вскрытия контактных окон проверялись вольт-амперные характеристики фотодиода. Вольт-амперная характеристика р-n-перехода, измеренная на приборе Л2-56, представлена на фиг. 2. Видно, что обратный ток полученного p-n-перехода очень велик и характеристика имеет практически резистивный характер.
Для борьбы с каналами инверсии, полученные пластины были подвергнуты ионной имплантации бором. Легирование осуществлялось во всю пластину без использования дополнительных масок. Структура полезной модели представлена на фиг. 1.
Легирование через слой окисла, имеет ряд положительных моментов. Во-первых, сокращается технологический процесс, поскольку отсутствуют операции удаления окисла, фотолитографии, повторного создания окисла. Во-вторых, сопутствующее ионное легирование самого окисла дозами 1012-1013 см-2 приводит к образованию эффективных ловушек в окисле для ионов Na (Курносов В.В., Юдин «Технология производства полупроводниковых приборов и ИС» М, ВШ, 1986 г.). Это устраняет дрейф высокоподвижных ионов Na и повышает стабильность границы раздела Si-SiO2.
Важным моментом является выбор дозы и энергии процесса ионной имплантации. Оценка минимальной дозы для случая 100% активации бора при поверхностной концентрации зарядов 1012 см-2 составляет 0.16 мкКл/см2. При этом целесообразно увеличить минимальную дозу на один-два порядка с таким расчетом, чтобы основная часть ионов осталась в диэлектрическом слое. В связи с этим имплантация бора была произведена дозой 5 мкКл/см2 при энергии 100 кэВ. Это позволило при толщине окисла 0,5 мкм создать ионнолегированный слой бора с поверхностной концентрацией около 2⋅1011 см-2.
Вольт-амперная характеристика предлагаемого p-i-n фотодиода приведена на фиг. 3. Как видно, у полезной модели наблюдалась диодная вольт-амперная характеристика, что свидетельствовало об устранении каналов инверсии. Значение темнового тока фотодиодов составляло 0,5÷2,5 мкА, что можно считать хорошим результатом для фотодиода с диаметром приемной площадки 13 мм. Значения пробивных напряжений (при IT=20 мкА) достигали 50-70 В. Вместе с тем излишне высокая концентрация бора в приповерхностной области может привести к нежелательному снижению пробивных напряжений диода. Действительно, при значительном увеличении дозы легирования наблюдалось снижение пробивных напряжений до единиц вольт. Оптимальным следует считать диапазон доз 1011-1012 см-2.
Предлагаемая полезная модель позволяет снизить уровень темнового тока фоточувствительных площадок и охранного кольца и повысить стабильность характеристик, тем самым увеличить процент выхода годных приборов.
Claims (1)
- Кремниевый p-i-n-фотодиод, содержащий высокоомную подложку р-типа, защитный окисел и диффузионные n+-области фоточувствительного слоя и охранного кольца на освещаемой стороне, диффузионную область р+-типа на тыльной стороне, отличающийся тем, что под слоем окисла содержится ионнолегированный бором слой с поверхностной концентрацией 1011-1012 см-2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016112215U RU168495U1 (ru) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Кремниевый p-i-n фотодиод с низкими темновыми токами |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016112215U RU168495U1 (ru) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Кремниевый p-i-n фотодиод с низкими темновыми токами |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU168495U1 true RU168495U1 (ru) | 2017-02-06 |
Family
ID=58451076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016112215U RU168495U1 (ru) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Кремниевый p-i-n фотодиод с низкими темновыми токами |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU168495U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU181785U1 (ru) * | 2018-02-19 | 2018-07-26 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Многоплощадочный кремниевый pin-фотодиод |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11204813A (ja) * | 1998-01-12 | 1999-07-30 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置の作製方法 |
| RU56069U1 (ru) * | 2005-11-21 | 2006-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" (ФГУП "НПО "ОРИОН") | Кремниевый pin-фотодиод большой площади |
| RU2544869C1 (ru) * | 2013-11-13 | 2015-03-20 | Открытое акционерное общество "Швабе-Фотосистемы" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНЫХ pin-ФОТОДИОДОВ БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДИ НА ВЫСОКООМНОМ p-КРЕМНИИ |
-
2016
- 2016-03-31 RU RU2016112215U patent/RU168495U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11204813A (ja) * | 1998-01-12 | 1999-07-30 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置の作製方法 |
| RU56069U1 (ru) * | 2005-11-21 | 2006-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" (ФГУП "НПО "ОРИОН") | Кремниевый pin-фотодиод большой площади |
| RU2544869C1 (ru) * | 2013-11-13 | 2015-03-20 | Открытое акционерное общество "Швабе-Фотосистемы" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНЫХ pin-ФОТОДИОДОВ БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДИ НА ВЫСОКООМНОМ p-КРЕМНИИ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU181785U1 (ru) * | 2018-02-19 | 2018-07-26 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Многоплощадочный кремниевый pin-фотодиод |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9236519B2 (en) | Geiger-mode avalanche photodiode with high signal-to-noise ratio, and corresponding manufacturing process | |
| US8476730B2 (en) | Geiger-mode photodiode with integrated and JFET-effect-adjustable quenching resistor, photodiode array, and corresponding manufacturing method | |
| RU126195U1 (ru) | Многоплощадочный планарный кремниевый pin-фотодиод | |
| RU158474U1 (ru) | Планарный многоплощадочный кремниевый фотодиод | |
| US20100148040A1 (en) | Geiger-mode photodiode with integrated and adjustable quenching resistor, photodiode array, and manufacturing method thereof | |
| WO2014172697A1 (en) | Integrated avalanche photodiode arrays | |
| GB1573309A (en) | Semiconductor devices and their manufacture | |
| US9882070B2 (en) | Photodetector structures and manufacturing the same | |
| US20170098730A1 (en) | Avalanche photodiode for detecting ultraviolet radiation and manufacturing method thereof | |
| US7838330B1 (en) | Method of field-controlled diffusion and devices formed thereby | |
| JP6746750B2 (ja) | 表面荷電抑制を有するＰｉＮダイオード構造 | |
| Burenkov et al. | Optimization of 4H-SiC UV photodiode performance using numerical process and device simulation | |
| RU168495U1 (ru) | Кремниевый p-i-n фотодиод с низкими темновыми токами | |
| US9960310B1 (en) | Rapid pulse annealing of CdZnTe detectors for reducing electronic noise | |
| Matthus et al. | Wavelength-selective 4H-SiC UV-sensor array | |
| US10950737B2 (en) | Semiconductor structures and manufacturing the same | |
| US5179431A (en) | Semiconductor photodetection device | |
| TWI446564B (zh) | 光敏組件 | |
| RU181785U1 (ru) | Многоплощадочный кремниевый pin-фотодиод | |
| JP5320610B2 (ja) | マイクロチャネル・アバランシェ・フォトダイオード（変形物） | |
| RU205303U1 (ru) | Многоплощадочный кремниевый p-i-n-фоточувствительный элемент с двухслойной диэлектрической пленкой | |
| Kim et al. | Opportunities for single-photon detection using visible light photon counters | |
| RU188680U1 (ru) | Планарный одно- или многоплощадочный фотодиод из антимонида индия | |
| AU2013305471B2 (en) | A method of forming a contact for a photovoltaic cell | |
| Mohammad et al. | Investigations of current mechanisms and electronic properties of Schottky barrier diode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20170401 |