RU174468U1 - Многоплощадочный кремниевый pin-фоточувствительный элемент - Google Patents
Многоплощадочный кремниевый pin-фоточувствительный элемент Download PDFInfo
- Publication number
- RU174468U1 RU174468U1 RU2016143311U RU2016143311U RU174468U1 RU 174468 U1 RU174468 U1 RU 174468U1 RU 2016143311 U RU2016143311 U RU 2016143311U RU 2016143311 U RU2016143311 U RU 2016143311U RU 174468 U1 RU174468 U1 RU 174468U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photosensitive
- type conductivity
- silicon
- guard ring
- photosensitive element
- Prior art date
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 19
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000899 pressurised-fluid extraction Methods 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000005282 brightening Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- RZVXOCDCIIFGGH-UHFFFAOYSA-N chromium gold Chemical compound [Cr].[Au] RZVXOCDCIIFGGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 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
- H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области полупроводниковых приборов, чувствительных к излучению с длиной волны 1,06 мкм, и может быть использовано в лазерных дальномерах, системах наведения по лучу, обнаружителях лазерного излучения, системах защиты от лазерного оружия и других системах. Предлагаемый многоплощадочный кремниевый pin-фоточувствительный элемент содержит пластину, выполненную из высокоомного кремния р-типа проводимости, с фоточувствительными площадками и охранным кольцом n-типа проводимости и стоп-областью p-типа проводимости. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении стабильности электрических параметров изделия и уменьшении поверхностных токов утечки. 1табл., 3 ил., 1 пр.
Description
Полезная модель относится к области полупроводниковых приборов, чувствительных к излучению с длиной волны 1,06 мкм. Они предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре, в которой требуется регистрация коротких импульсов лазерного излучения (10-40 нc) при напряжениях смещения 180-200 В. К такой аппаратуре относятся лазерные дальномеры, системы наведения по лучу, обнаружители лазерного излучения, системы защиты от лазерного оружия, высокоточное оружие и другие системы [А.М. Филачев, И.И. Таубкин, М.А. Тришенков. Твердотельная фотоэлектроника. Физические основы. М.: Физматкнига, 2007 г., 384 с.].
Предлагаемый многоплощадочный кремниевый pin-фоточувствительный элемент (ФЧЭ) содержит пластину, выполненную из высокоомного кремния p-типа-проводимости, с фоточувствительными площадками и охранным кольцом n+-типа проводимости и стоп-областью p+-типа проводимости (p+-стоп-область).
Технический результат предлагаемой полезной модели - повышение стабильности электрических параметров изделия и увеличение процента выхода годных ФЧЭ, обеспечивается уменьшением поверхностных токов утечки за счет создания p+-стоп-области.
Известен многоплощадочный планарный кремниевый pin-фотодиод [патент на полезную модель РФ №126195, ОАО «Московский завод «Сапфир»], чувствительный к излучению в диапазоне длин волн 0,4-1,2 мкм и содержащий пластину, выполненную из высокоомного кремния p-типа проводимости, с фоточувствительными площадками из планарных n+-p-переходов и охранным элементом в виде планарного n+-p-перехода, охватывающим без разрыва каждую отдельную фоточувствительную площадку, входящую в состав pin-фотодиода. Недостатком этой конструкции является наличие поверхностного инверсионного канала n-типа проводимости, приводящего к избыточным темновым токам охранного кольца и нестабильности электрических параметров фотодиода.
На фиг .1 представлена поясняющая структурная схема pin-фотодиода с инверсионным каналом, где 1 - пластина высокоомного кремния; 2 - фоточувствительная площадка; 3 - охранное кольцо; 4 - инверсионный канал; 5 и 6 - пассивирующая и прсветляющая пленки двуокиси кремния с положительным зарядом.
Инверсионный канал, возникающий из-за наличия встроенного положительного заряда на границе раздела окисел - кремний, приводит к тому, что p-n-переход охранного кольца выходит на непассивированную боковую поверхность ФЧЭ, которая содержит поверхностные энергетические уровни, следовательно, в темновой ток охранного кольца вносит большой вклад ток поверхностной утечки. Кроме того, характерной особенностью тока утечки является его временная нестабильность [И.П. Степаненко. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1977 г., стр. 128.], что, в свою очередь, приводит к нестабильности таких параметров ФЧЭ, как темновые токи и шумы.
Известен 8-площадочный планарный кремниевый pin-фотодиод, принятый в качестве прототипа, фоточувствительные площадки которого расположены в 4 квадрантах, вписанных в окружность диаметром 2 мм (4 внутренние площадки) и диаметром 10 мм (4 внешние площадки) с охранным кольцом, при значениях всех межплощадочных промежутков 0,2 мм [журнал Прикладная физика, №5, 2003 г., с. 106-111]. Недостатком прототипа являются повышенные значения темновых токов фоточувствительных площадок и охранного кольца из-за дефектов, образующихся в результате имплантации ионов N2 + в границы n+-p-переходов и в прилегающие к границам n+-области шириной 20 мкм.
Задачей полезной модели является уменьшение темновых токов фоточувствительных площадок и охранного кольца, повышение стабильности электрических параметров изделия, увеличение процента выхода годных ФЧЭ.
Технический результат достигается тем, что многоплощадочный кремниевый pin-фоточувствительный элемент содержит пластину, выполненную из высокоомного кремния p-типа проводимости, с фоточувствительными площадками и охранным кольцом n+-типа проводимости и стоп-областью p+-типа проводимости.
Сущность полезной модели поясняется с помощью рисунков, на которых представлена топология 8-площадочного кремниевого ФЧЭ (Фиг. 2) и его структурная схема (Фиг. 3).
Многоплощадочный кремниевый pin-ФЧЭ содержит пластину (1), выполненную из высокоомного кремния p-типа проводимости; восемь фоточувствительных площадок (четыре - с площадью S=18 мм2 (2) и четыре - с площадью S=0,6 мм2 (7)) и охранное кольцо (3) n+-типа проводимости; стоп-область (8) p+-типа проводимости; просветляющую (6) и пассивирующую (5) пленки термической двуокиси кремния; тыльный контактный слой (9) р+-типа проводимости; металлические контакты (10, 11, 12, 13) на основе двухслойной системы хром - золото, на поверхности ФЧЭ также присутствует инверсионный канал (4) n-типа проводимости.
Наличие p+-стоп-области (концентрация примеси на границе раздела кремний - окисел ~1017 см-3) препятствует образованию инверсионного канала на периферийной области ФЧЭ, тем самым исключается выход p-n-перехода на боковую поверхность ФЧЭ, и, следовательно, снижается величина поверхностных токов утечки.
Пример. В соответствии с заявляемой полезной моделью был спроектирован кремниевый pin-фоточувствительный элемент. В качестве исходного материала использовались пластины высокоомного кремния p-типа проводимости с удельным сопротивлением 15-20 кОм·см. Стоп-область p+-типа проводимости создавалась методом ионной имплантации бора с энергией 50 кэВ и дозой 4·1013 см-2. Формирование структуры ФЧЭ включает в себя также технологические операции термического окисления; загонки и разгонки фосфора для создания областей фоточувствительных площадок и охранного кольца n+-типа проводимости; загонки фосфора в тыльную сторону пластины для формирования геттерирующего слоя; удаления геттера и диффузионной загонки бора для создания тыльного контактного слоя p+-типа проводимости; формирования двухслойных металлических контактов к фоточувствительной области, области охранного кольца и тыльному контактному слою p+-типа проводимости методом напыления пленки золота с подслоем хрома.
У изготовленных ФЧЭ измерялись темновые токи фоточувствительных площадок и охранного кольца при напряжении 200 В. Сопротивление нагрузке фоточувствительных площадок составляло 10 кОм, охранного кольца - 1 кОм.
В таблице приведены сравнительные типовые значения темновых токов заявляемого фоточувствительного элемента и лучшие значения темновых токов прототипа.
Из приведенных результатов следует, что введение p+-стоп-области приводит к значительному снижению темновых токов ФЧЭ.
Claims (1)
- Многоплощадочный кремниевый pin-фоточувствительный элемент, содержащий пластину, выполненную из высокоомного кремния p-типа проводимости, с фоточувствительными площадками и охранным кольцом n+-типа проводимости, отличающийся тем, что дополнительно содержит стоп-область p+-типа проводимости.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016143311U RU174468U1 (ru) | 2016-11-02 | 2016-11-02 | Многоплощадочный кремниевый pin-фоточувствительный элемент |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016143311U RU174468U1 (ru) | 2016-11-02 | 2016-11-02 | Многоплощадочный кремниевый pin-фоточувствительный элемент |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU174468U1 true RU174468U1 (ru) | 2017-10-16 |
Family
ID=60120684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016143311U RU174468U1 (ru) | 2016-11-02 | 2016-11-02 | Многоплощадочный кремниевый pin-фоточувствительный элемент |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU174468U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU205303U1 (ru) * | 2021-03-10 | 2021-07-08 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Многоплощадочный кремниевый p-i-n-фоточувствительный элемент с двухслойной диэлектрической пленкой |
| RU208403U1 (ru) * | 2021-06-03 | 2021-12-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Насадка для защиты от лазерного воздействия струйного катетера для искусственной вентиляции легких при лазерной хирургии гортани и трахеи |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6555890B2 (en) * | 2000-05-23 | 2003-04-29 | Sensors Unlimited, Inc. | Method for combined fabrication of indium gallium arsenide/indium phosphide avalanche photodiodes and p-i-n photodiodes |
| RU126195U1 (ru) * | 2012-10-02 | 2013-03-20 | Открытое акционерное общество "Московский завод "САПФИР" | Многоплощадочный планарный кремниевый pin-фотодиод |
| RU158474U1 (ru) * | 2014-12-17 | 2016-01-10 | Открытое акционерное общество "Швабе-Фотосистемы" | Планарный многоплощадочный кремниевый фотодиод |
| RU160523U1 (ru) * | 2015-11-18 | 2016-03-20 | Открытое акционерное общество "Швабе-Фотосистемы" | Планарный многоплощадочный кремниевый фотодиод |
-
2016
- 2016-11-02 RU RU2016143311U patent/RU174468U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6555890B2 (en) * | 2000-05-23 | 2003-04-29 | Sensors Unlimited, Inc. | Method for combined fabrication of indium gallium arsenide/indium phosphide avalanche photodiodes and p-i-n photodiodes |
| RU126195U1 (ru) * | 2012-10-02 | 2013-03-20 | Открытое акционерное общество "Московский завод "САПФИР" | Многоплощадочный планарный кремниевый pin-фотодиод |
| RU158474U1 (ru) * | 2014-12-17 | 2016-01-10 | Открытое акционерное общество "Швабе-Фотосистемы" | Планарный многоплощадочный кремниевый фотодиод |
| RU160523U1 (ru) * | 2015-11-18 | 2016-03-20 | Открытое акционерное общество "Швабе-Фотосистемы" | Планарный многоплощадочный кремниевый фотодиод |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| В. П. Астахов и др., Результаты ионных обработок поверхностипри изготовлении pin-фотодиодов на кремнии, Прикладная физика, 2003, 5, с.106-111. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU205303U1 (ru) * | 2021-03-10 | 2021-07-08 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Многоплощадочный кремниевый p-i-n-фоточувствительный элемент с двухслойной диэлектрической пленкой |
| RU208403U1 (ru) * | 2021-06-03 | 2021-12-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Насадка для защиты от лазерного воздействия струйного катетера для искусственной вентиляции легких при лазерной хирургии гортани и трахеи |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10217889B2 (en) | Clamped avalanche photodiode | |
| 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 | |
| US20100148040A1 (en) | Geiger-mode photodiode with integrated and adjustable quenching resistor, photodiode array, and manufacturing method thereof | |
| Mandić et al. | Neutron irradiation test of depleted CMOS pixel detector prototypes | |
| Tosi et al. | InGaAs/InP single-photon avalanche diode with reduced afterpulsing and sharp timing response with 30 ps tail | |
| WO2014172697A1 (en) | Integrated avalanche photodiode arrays | |
| TWI647858B (zh) | 具有降低暗計數率之單光子雪崩光電二極體探測器的裝置和方法 | |
| RU174468U1 (ru) | Многоплощадочный кремниевый pin-фоточувствительный элемент | |
| RU158474U1 (ru) | Планарный многоплощадочный кремниевый фотодиод | |
| GB923513A (en) | Improvements in semiconductor devices | |
| Pancheri et al. | A 110 nm CMOS process for fully-depleted pixel sensors | |
| US4137544A (en) | Mercury cadmium telluride photodiode | |
| Engelmann et al. | Tip avalanche photodiode—A new generation silicon photomultiplier based on non-planar technology | |
| US4129878A (en) | Multi-element avalanche photodiode having reduced electrical noise | |
| RU181785U1 (ru) | Многоплощадочный кремниевый pin-фотодиод | |
| Wu et al. | Design and fabrication of Low Gain Avalanche Detectors (LGAD): a TCAD simulation study | |
| US3940783A (en) | Majority carriers-variable threshold rectifier and/or voltage reference semiconductor structure | |
| US3265899A (en) | Semiconductor amplifying radiation detector | |
| US10797195B2 (en) | Ionizing radiation sensor based on float-zone silicon with p-type conductivity | |
| Habib et al. | Optimization of perimeter gated SPADs in a standard CMOS process | |
| Grieco et al. | Overview of CNM LGAD results: Boron Si-on-Si and epitaxial wafers | |
| RU168495U1 (ru) | Кремниевый p-i-n фотодиод с низкими темновыми токами | |
| RU205303U1 (ru) | Многоплощадочный кремниевый p-i-n-фоточувствительный элемент с двухслойной диэлектрической пленкой | |
| Nouri et al. | Characterization of single-photon avalanche diodes in standard CMOS |