RU2611552C2 - Photodetector (versions) and production method thereof - Google Patents
Photodetector (versions) and production method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2611552C2 RU2611552C2 RU2015129631A RU2015129631A RU2611552C2 RU 2611552 C2 RU2611552 C2 RU 2611552C2 RU 2015129631 A RU2015129631 A RU 2015129631A RU 2015129631 A RU2015129631 A RU 2015129631A RU 2611552 C2 RU2611552 C2 RU 2611552C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fpu
- layer
- anode
- silicon
- cathode
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 58
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 49
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 32
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 25
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 17
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 12
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 10
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 10
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 9
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- -1 boron ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 238000000899 pressurised-fluid extraction Methods 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 36
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 21
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 12
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 64
- 239000010408 film Substances 0.000 description 16
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 10
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 9
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 9
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 8
- 108010023321 Factor VII Proteins 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- 241000724291 Tobacco streak virus Species 0.000 description 2
- 231100000987 absorbed dose Toxicity 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 206010073306 Exposure to radiation Diseases 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000282320 Panthera leo Species 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- XITQUSLLOSKDTB-UHFFFAOYSA-N nitrofen Chemical compound C1=CC([N+](=O)[O-])=CC=C1OC1=CC=C(Cl)C=C1Cl XITQUSLLOSKDTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 229920013655 poly(bisphenol-A sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- 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
-
- 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
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/047—PV cell arrays including PV cells having multiple vertical junctions or multiple V-groove junctions formed in a semiconductor substrate
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к способам изготовления структур фотоэлектрических приемных устройств (ФПУ), предназначенных для преобразования светового излучения определенного спектрального диапазона в электрический сигнал.The invention relates to the field of semiconductor electronics, in particular, to methods for manufacturing structures of photovoltaic receiving devices (FPUs) for converting light radiation of a specific spectral range into an electrical signal.
Наиболее распространенными твердотельными фотоэлектронными изделиями, предназначенными для преобразования оптических сигналов в электрические, являются полупроводниковые фотодиоды (ФД). По механизму действия и параметрам они приближаются к идеальным преобразователям фотонов в электроны и обладают значительными преимуществами перед другими типами фотоприемных устройств (ФПУ).The most common solid-state photoelectronic products designed to convert optical signals into electrical signals are semiconductor photodiodes (PD). By the mechanism of action and parameters, they approach ideal photon-to-electron converters and have significant advantages over other types of photodetector devices (FPUs).
Детекторы излучений (ДИ) обозначаются как преобразователи энергии падающих фотонов в энергию электрических носителей или, более просто, в электрические сигналы (ток или напряжение). Существует большое разнообразие ДИ, различающихся физической основой, аппаратной реализацией и функциональными характеристиками. Каждая электрооптическая система нуждается в детекторах, которые оптимально подходят для специальных приложений.Radiation detectors (DIs) are referred to as converters of the energy of incident photons into the energy of electrical carriers or, more simply, into electrical signals (current or voltage). There is a wide variety of MDIs that differ in physical basis, hardware implementation, and functional characteristics. Each electro-optical system needs detectors that are optimally suited for special applications.
Обычно, используемые ДИ можно классифицировать следующим образом [1]:Typically, used MDIs can be classified as follows [1]:
(а) детекторы генерируемых сигналов физических процессов:(a) detectors of generated signals of physical processes:
- электро-оптические детекторы, в том числе:- electro-optical detectors, including:
- отдельные (единичные) электро-оптические ячейки;- individual (single) electro-optical cells;
- фотоэлектрические умножители (ФЭУ);- photoelectric multipliers (PMTs);
- полупроводниковые детекторы (фоторезисторы);- semiconductor detectors (photoresistors);
- фотовольтаические детекторы (фотодиоды);- photovoltaic detectors (photodiodes);
- тепловые детекторы (болометры);- thermal detectors (bolometers);
(б) по числу детекторов в общем корпусе, в том числе:(b) by the number of detectors in the common housing, including:
- единичные детекторы;- single detectors;
- детекторные матрицы:- detector matrices:
- линейки детекторов (одномерные матрицы);- line of detectors (one-dimensional arrays);
- площадные детекторы (двумерные матрицы).- areal detectors (two-dimensional arrays).
Существующие оптические сенсоры различных разновидностей и конфигураций не представлены в приведенной выше классификации - здесь только приведены некоторые из большинства известных детекторов излучений.Existing optical sensors of various varieties and configurations are not represented in the above classification - here are just some of the most famous radiation detectors.
Недостатком многих из них является недостаточный уровень радиационной стойкости к эффектам разупорядочения (DD=Displacement Damage)) от нейтронов и протонов, эффектам полной поглощенной дозы (TID = Total Ionizing Dose) гамма-рентгеновского излучения (γ-X-Ray), переходным процессам от этих видов ионизирующего излучения (TREE = Transient Radiation Electrical Effects).The disadvantage of many of them is the insufficient level of radiation resistance to the effects of disordering (DD = Displacement Damage) from neutrons and protons, effects of the total absorbed dose (TID = Total Ionizing Dose) of gamma-ray radiation (γ-X-Ray), transient processes from these types of ionizing radiation (TREE = Transient Radiation Electrical Effects).
Наименьшей стойкостью к воздействию ионизирующих излучений (ИИ) обладают фототранзисторы и лазерные диоды (ЛД), что ограничивает их применение в составе ФПУ и схем оптической рязвязки, например оптронов.Phototransistors and laser diodes (LD) possess the least resistance to ionizing radiation (IR), which limits their use in FPUs and optical optical isolation circuits, such as optocouplers.
На Фиг. 1 приведено схематическое представление фотопроводящего детектора. Для формирования выходного сигнала в схему фотовольтаического ФПУ включают резистор нагрузки (Фиг. 2). На Фиг. 3 (а) показан падающий прямоугольный во времени δ-импульс фотонной радиации с энергией Еλ, на Фиг. 3 (б) - результирующий импульс тока от воздействия импульсного падающего фотонного излучения.In FIG. 1 is a schematic representation of a photoconductive detector. To form the output signal, a load resistor is included in the photovoltaic FPU circuit (Fig. 2). In FIG. 3 (a) shows the incident time-rectangular δ-pulse of photon radiation with energy E λ , in FIG. 3 (b) - the resulting current pulse from exposure to pulsed incident photon radiation.
В настоящее время в ряде случаев используют так называемую 3D вертикальную технологию для современных полупроводниковых сенсоров радиации и считывающей электроники (ПСиСЭ) [2]. Применение 3D вертикальной интеграции для ПСиСЭ приносит определенные преимущества для пиксельных полупроводниковых (ПП) датчиков радиации в «фронтальных» (cutting-edge) научных экспериментах при высокой излучающей способности ускорителей частиц и современных источниках рентгеновского излучения. Эти эксперименты предъявляют очень строгие требования к функционированию сенсоров и выводной электронике, в отношении шага пикселя (элемента отображения), устойчивости к воздействию радиации, отношению сигнал/шум и пропускной способности передачи данных высокой интенсивности. 3D вертикальная интеграция двух и более слоев сенсоров и приборов технологии «комплементарные металл-оксид-полупроводник» (КМОП) обычно заставляет разработчиков растягивать процесс формирования на уровне пикселей функционально и добиваться получения нестандартной структуры, где каждый слой предназначен для реализации специфических функций.Currently, in some cases, the so-called 3D vertical technology is used for modern semiconductor radiation sensors and readout electronics (PSiSE) [2]. The use of 3D vertical integration for PSiSE brings certain advantages for pixel semiconductor (PP) radiation sensors in "front-end" (cutting-edge) scientific experiments with high emissivity of particle accelerators and modern x-ray sources. These experiments impose very stringent requirements on the functioning of sensors and output electronics in terms of pixel pitch (display element), radiation resistance, signal-to-noise ratio, and high-intensity data transmission bandwidth. 3D vertical integration of two or more layers of sensors and devices of the technology “complementary metal-oxide-semiconductor” (CMOS) usually forces developers to stretch the formation process at the pixel level functionally and achieve a non-standard structure, where each layer is designed to implement specific functions.
Современная интегральная микроэлектроника, во всяком случае, играет очень важную роль для разработки пиксельных сенсоров для коммерческих приложений отображения информации. Функционирование устройств отображения в большей степени увеличивается путем соединения двух и более слоев с сенсорами технологии КМОП и сопутствующей электроники вывода сигнала, которые покрывают с инверсной стороны оловом для увеличения отражения и выполняют мозаичным способом для получения большей зоны обзора при устранении мертвой зоны [3]. В последние годы в результате исследований было установлено, что 3D интеграция дает возможность получить преимущества в функционировании в связке полупроводниковых детекторов радиации в будущих экспериментах с ускорителями частиц высоких энергий [4]. В этих приложениях фундаментальной проблемой является оснащение трека вывода тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) пиксельными сенсорами с высоким разрешением. К этим сенсорам совместно с электроникой вывода сигнала предъявляются требования по уменьшению длины шага пикселей (≤20 мкм для этих приложений), высокой степени радиационной стойкости (PC), большому значению отношения сигнал/шум, минимальной массы для снижения рассеяния частиц, низкой величины рассеиваемой электрической мощности и возможности передачи высокоинтенсивной информации. В пересечении с требованиями для таких приложений сформулированы дополнительные требования к элементарной электронной ячейке, накрывающей каждый пиксель сверху, по величине отношения сигнал/шум и интенсивности передачи информации. Эти функции включают усиление, фильтрацию, калибровку, регулировку порога дискриминации, аналого-цифровое преобразование, компенсацию ухода нулевого уровня (называемые также «поддерживающими» мерами = sparspecification). 3D интеграция может решить проблемы интеграции всех этих функций в одном маленьком пикселе, избегая агрессивного масштабирования технологии КМОП ниже технологического размера 100 нм [5], которая является весьма дорогостоящей и непригодной для разработчиков аналоговых схем.In any case, modern integrated microelectronics plays a very important role for the development of pixel sensors for commercial information display applications. The functioning of the display devices is increased to a greater extent by connecting two or more layers with CMOS technology sensors and associated signal output electronics, which are coated with tin on the inverse side to increase reflection and are tiled to obtain a larger viewing area while eliminating the dead zone [3]. In recent years, as a result of research, it was found that 3D integration makes it possible to obtain advantages in the operation of a bunch of semiconductor radiation detectors in future experiments with high-energy particle accelerators [4]. In these applications, the fundamental problem is equipping the track of heavy charged particle (TLC) output with high resolution pixel sensors. These sensors, together with the signal output electronics, are required to reduce the pixel pitch (≤20 μm for these applications), a high degree of radiation resistance (PC), a large signal-to-noise ratio, minimum mass to reduce particle scattering, and low electrical dissipation power and ability to transmit high-intensity information. Along with the requirements for such applications, additional requirements are formulated for a unit cell covering each pixel from above in terms of signal-to-noise ratio and information transfer intensity. These functions include amplification, filtering, calibration, adjustment of the discrimination threshold, analog-to-digital conversion, compensation for zero level drift (also called “supporting” measures = sparspecification). 3D integration can solve the problems of integrating all these functions in one small pixel, avoiding the aggressive scaling of CMOS technology below the technological size of 100 nm [5], which is very expensive and unsuitable for developers of analog circuits.
В дальнейшем были реализованы два общих научно-исследовательских направления и технические решения для применения 3D вертикальной интеграции в физике высоких энергий. Первое рассматривали как классическую концепцию MAPS (Monolitic Active Pixel Sensors) технологии КМОП генерации зарядового сигнала и его сбора в обедненной области кремния. В этом случае вертикальный двух (или более) слоев сенсор технологии КМОП способен сепарировать аналоговую электронику «фронт-спад» от цифровой электроники вывода информации, давая ощутимые преимущества в размерах частей пикселей, функциональности и работоспособности. Была разработана дифференциальная архитектура выводной электроники для управления большим потоком данных без ограничений, которые появляются, если цифровую часть электроники встраивали в ту же подложку, что и сенсор (как и в стандартной MAPS).In the future, two general research areas and technical solutions for the application of 3D vertical integration in high-energy physics were implemented. The first was considered as a classic concept of MAPS (Monolitic Active Pixel Sensors) CMOS technology for the generation of a charge signal and its collection in the depleted region of silicon. In this case, the vertical sensor of two (or more) layers of the CMOS technology is able to separate the front-fall analog electronics from the digital information output electronics, giving tangible advantages in pixel part sizes, functionality and performance. A differential output electronics architecture was developed to control a large data stream without the restrictions that appear if the digital part of the electronics was embedded in the same substrate as the sensor (as in the standard MAPS).
Второе направление исследований зондировало возможность использования 3D интеграции для объединения слоев, изготовленных по различным технологиям, т.е. соединяли конструкции сенсора с полностью обедненной высокоомной кремниевой подложкой электроники вывода, изготовленной по глубоко субмикронной технологии КМОП. Это дает существенные преимущества в отношении радиационной стойкости и отношения сигнал/шум. Исключая фиксацию треков (trecking) в экспериментах по физике высоких энергий, эту технологию также применяли для фиксации распределения X-Ray таких современных источников, как XFEL (X-Ray Federal Electronic Laboratory, США).The second line of research probed the possibility of using 3D integration to combine layers made using various technologies, i.e. they connected the sensor constructions with a fully depleted high-resistance silicon substrate of the output electronics manufactured by the deeply submicron CMOS technology. This provides significant advantages in terms of radiation resistance and signal-to-noise ratio. Excluding track fixation (trecking) in experiments on high-energy physics, this technology was also used to fix the X-Ray distribution of such modern sources as XFEL (X-Ray Federal Electronic Laboratory, USA).
3D вертикальную интегральную технологию считают чрезвычайно перспективной при проектировании MAPS. В стандартной MAPS, которая плохо интегрируется с продвижением функционирования в пиксельные ячейки, т.к. исключает применение структур полевых транзисторов р-типа проводимости (P-MOSFETs = P-Type-Metall-Oxid-Semiconductor Field Effect Transistors), вместо которых используют локально включенные карманы N-типа, которые укомплектованы для сбора заряда и сигнальные электроды (также N-типа) и снижают коэффициент использования. Многослойные сенсорные структуры (соединяют с тонкой пленкой вертикальной сквозной перемычкой) способны устранить эти типичные ограничения MAPS. В приборах 3D MAPS, например, пленка может быть выполнена в виде главного чувствительного электрода и аналоговой схемы, в то время как цифровую электронику размещают на верхней пленке. В этом случае используют исключительно электронику технологии КМОП в пиксельной ячейке, где большая часть (а не все) структуры P-MOSFETs и конкурирующие с ними N-карманы перемещают из сенсорной пленки, достигая, в принципе, 100% коэффициента использования. Мультипленочная структура позволяет снизить шаг пикселей и уменьшить емкость сенсора, позволяя получить лучший компромисс между уровнем шумов и мощностью рассеяния. 3D vertical integrated technology is considered extremely promising in the design of MAPS. In the standard MAPS, which integrates poorly with the promotion of functioning in pixel cells, because eliminates the use of structures of p-type field-effect transistors (P-MOSFETs = P-Type-Metall-Oxid-Semiconductor Field Effect Transistors), instead of which they use locally connected N-type pockets that are equipped for collecting charge and signal electrodes (also N- type) and reduce the utilization rate. Multilayer sensor structures (coupled to a thin film with a vertical through jumper) can eliminate these typical MAPS limitations. In 3D MAPS devices, for example, the film can be made in the form of a main sensitive electrode and an analog circuit, while digital electronics are placed on the top film. In this case, they exclusively use CMOS technology electronics in a pixel cell, where most (and not all) P-MOSFETs and competing N-pockets are moved from the sensor film, reaching, in principle, 100% utilization. The multi-film structure reduces pixel pitch and sensor capacitance, allowing you to get the best compromise between noise level and power dissipation.
В проекте VIPIX (Very Integrated Pixels) планировали использование 3D интеграции в MAPS с глубокими карманами n-типа проводимости {Deep N-Well = DNW)) [6]. В ячейке пикселя этого прибора электрод, собирающий заряд, выполняли в виде структуры DNW, которая доступна многим процессам КМОП. Электроды располагали сверху относительно протяженной части площади ячейки. На этом пути большую часть аналоговых и цифровых блоков используют в пикселе, предусматривающем, что площадь стандартной структуры N-кармана, содержащего структуру P-MOSFETs, мало совпадает с электродом DNW, с которым она скомплектована для сбора заряда. 3D-рализация обещает получить ряд дополнительных преимуществ для этого типа семейства приборов: 1) большинство (но не все) структур P-MOSFETs, с которыми конкурируют N-карманы, перемещают из пленки, где размещены чувствительные сенсоры, улучшая эффективность сбора заряда; 2) появляется возможность увеличить сложность и функциональность электроники вывода при эксплуатации мультипленочных структур приборов [7]. Для проекта VIPIX на первом этапе в направлении разработки 3D разрабатывали двухуровневую DNS MAPS со связью «друг-напротив-друга» двух гетероэпитаксиальных структур (ГЭС) технологии КМОП с проектными нормами 130 мкм, выполненными с использованием вертикального интегрального процесса фирмы Tezzaron Semiconductor [8]. Это так называемое сквозное отверстие в середине (via middle) приближается к 3D-интеграции, где сквозные отверстия через кремний (Trough-Silicon Vias = TSVs) для вертикального соединения тщательно протравливают в ГЭС технологии КМОП после этапов изготовления транзисторов. Высокая плотность TSVs (с шагом в несколько микрон) может быть реализована с использованием этой разновидности технологического процесса.The VIPIX (Very Integrated Pixels) project planned to use 3D integration in MAPS with deep pockets of n-type conductivity (Deep N-Well = DNW)) [6]. In the pixel cell of this device, the charge collecting electrode was made in the form of a DNW structure, which is accessible to many CMOS processes. The electrodes were placed on top of an extended portion of the cell area. On this path, most of the analog and digital blocks are used in a pixel, which provides that the area of the standard structure of the N-pocket containing the structure of P-MOSFETs does not coincide with the DNW electrode with which it is equipped to collect the charge. 3D-ralization promises to receive a number of additional advantages for this type of instrument family: 1) most (but not all) P-MOSFETs structures with which N-pockets compete are moved from the film where sensitive sensors are placed, improving charge collection efficiency; 2) it becomes possible to increase the complexity and functionality of output electronics during operation of multi-film device structures [7]. For the VIPIX project, at the first stage in the direction of 3D development, a two-level DNS MAPS was developed with “one-on-the-other” communication of two heteroepitaxial structures (HES) of CMOS technology with design standards of 130 μm, made using the Tezzaron Semiconductor vertical integrated process [8]. This so-called through middle hole is close to 3D integration, where through holes through silicon (Trough-Silicon Vias = TSVs) for vertical bonding are carefully etched in CMP CMOS technologies after the stages of manufacturing transistors. High density TSVs (in increments of several microns) can be realized using this kind of process.
Основным недостатком сенсоров 3D-технологии является технологическая сложность ее воспроизведения.The main disadvantage of 3D technology sensors is the technological complexity of its reproduction.
Помимо сенсоров ИИ широкое распространение получили ФПУ для детектирования лазерного излучения (ЛИ) и микроволнового излучения [9]. В качестве основных сенсоров используют лавинные диоды (Impact Ionization Avalanche Transit Time = IMPATT), лавинно-пролетные диоды (Trapped Plasma Avalanche Transit Time = TRAPATT), структуры технологии MOSFET и транзисторные осцилляторы. Процедура контроля этих излучений сводится к следующему: фоточувствительный материал освещают источником фотонов; падающее излучение поглощают в заданном спектральном диапазоне чувствительными слоями; генерируют свободные носители заряда.In addition to AI sensors, FPUs for detecting laser radiation (LI) and microwave radiation were widely used [9]. The main sensors used are avalanche diodes (Impact Ionization Avalanche Transit Time = IMPATT), avalanche-span diodes (Trapped Plasma Avalanche Transit Time = TRAPATT), MOSFET technology structures and transistor oscillators. The control procedure for these emissions is as follows: the photosensitive material is illuminated with a photon source; incident radiation is absorbed in a given spectral range by sensitive layers; generate free charge carriers.
Известно ФПУ на GaAs структуры р+-n-i(AROC) -n+ [10], в котором i-слой на основе просветляющего оптического покрытия (Antireflecting Optical Coating = AROC) формируют для уменьшения собственной емкости ФПУ, увеличения напряженности электрического поля и коэффициента лавинного размножения носителей заряда, что, в целом, способствует повышению быстродействия и росту амплитуды напряжения выходного импульса. На Фиг. 4 приведены (с) - зонно-энергетическая диаграмма, (d) - напряжение переменного тока, (е) - инжекционный и примесный токи [9]. Обладая повышенным уровнем стойкости к эффектам разупорядочения (DD) кристаллической решетки ПП материала от нейтронного и протонного излучений из-за наличия высокоомного i-слоя собственного типа проводимости, эти приборы обладают повышенной чувствительностью к эффектам TREE, которые проявляются в виде аддитивных паразитных РИТ утечки.FPUs on GaAs are known to be of the p + -ni (AROC) -n + structure [10], in which an antireflecting Optical Coating = AROC i-layer is formed to reduce the intrinsic capacitance of the FPU, increase the electric field strength and the avalanche coefficient multiplication of charge carriers, which, in general, helps to increase speed and increase the amplitude of the voltage of the output pulse. In FIG. Figure 4 shows (c) the zone-energy diagram, (d) the AC voltage, (e) the injection and impurity currents [9]. Having a high level of resistance to the disorder effects (DD) of the crystal lattice of PP material from neutron and proton radiation due to the presence of a high-resistance i-layer of its own type of conductivity, these devices are highly sensitive to TREE effects, which manifest themselves as additive parasitic RIT leakages.
Наиболее близким техническим решением, которое принято за прототип, является ФПУ оптрона 66212 на длину волны 850 нм фирмы "Micropac Industries, Inc.", которое выполняют в виде фототранзисторного детектора, который вместе с оптически связанным с ним светоизлучающим диодом (СИД) (LED = Light Emitting Diode), выполненным по технологии GaAlAs с длиной волны 850 нм в виде структуры p-i-n, а структуру GaAsAl монтируют в герметичном 4-контактном безвыводном кристаллодержателе (LCC = Leadless Chip Carrier) [11]. Для исследования структурных повреждений (DD = Displacement Damage) при деградации от эффектов полной поглощенной дозы (TID) на ускорителе протонного пучка LBNL BASE (Lowrence Berkeley National Laboratory/Berkeley Accelerator Space Effects) в июне 2010 г. провели испытания. Контролировали коэффициент передачи тока (CTR=Current Transfer Ratio) усилителя как функцию флюенса протонов при измерении выходного тока ICE в зависимости от величины прямого тока IF. Приборы облучали при электрическом смещении. При облучении флюенсом до 2⋅1012 протон/см2 с энергией 50 МэВ наблюдали деградацию CTR для всех тестированных приборов. Были рассчитаны доверительные 90/99% границы, основанные на простом стандартном отклонении и одномерных доверительных границах. Снижение CTR из данных спецификаций наблюдали между флюенсами 4⋅1011 протон/см2 и 8⋅1011 протон/см2 при напряжении VCE=1 В, как это показано на Фиг. 5. Значение CTR нормировано на максимальное среднее пиковое значение CTR до облучения, которое при VCE=1 В составило 8,9.The closest technical solution, which is taken as a prototype, is an FPU optocoupler 66212 at a wavelength of 850 nm by Micropac Industries, Inc., which is implemented as a phototransistor detector, which, together with an optically coupled light emitting diode (LED) (LED = Light Emitting Diode), made using the GaAlAs technology with a wavelength of 850 nm in the form of a pin structure, and the GaAsAl structure is mounted in a sealed 4-pin lead-free crystal holder (LCC = Leadless Chip Carrier) [11]. To study structural damage (DD = Displacement Damage) due to degradation from the effects of the total absorbed dose (TID) on the proton beam accelerator LBNL BASE (Lowrence Berkeley National Laboratory / Berkeley Accelerator Space Effects) in June 2010 conducted tests. The current transfer coefficient (CTR = Current Transfer Ratio) of the amplifier was controlled as a function of proton fluence when measuring the output current I CE depending on the forward current I F. The devices were irradiated with electric displacement. When irradiated with a fluence of up to 2 × 10 12 proton / cm 2 with an energy of 50 MeV, CTR degradation was observed for all tested devices. 90/99% confidence limits were calculated based on a simple standard deviation and one-dimensional confidence limits. A decrease in CTR from these specifications was observed between fluences of 4 × 10 11 proton / cm 2 and 8 × 10 11 proton / cm 2 at a voltage of V CE = 1 V, as shown in FIG. 5. The CTR value is normalized to the maximum average peak CTR value before irradiation, which at V CE = 1 V was 8.9.
Недостатком [11] является отсутствие данных по стойкости ФПУ и оптрона в целом к эффектам TREE.The disadvantage of [11] is the lack of data on the resistance of the FPU and the optocoupler in general to TREE effects.
Техническим результатом является разработка способа изготовления радиационно стойкого приемника оптического излучения (фотоприемного устройства = ФПУ или детектора) на кремниевых диодных структурах технологии «кремний-на-сапфире» (КНС) и его реализация.The technical result is the development of a method for manufacturing a radiation-resistant optical radiation detector (photodetector = FPU or detector) on silicon diode structures of the silicon-on-sapphire (SSC) technology and its implementation.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления фотоприемного устройства (ФПУ) путем формирования на подложке планарных слоев ФПУ и топологического рисунка фоточувствительных элементов, областей анода и катода, создания металлизации и пассивирующего покрытия и контактных площадок, резки и сборки кристалла ФПУ в корпусе в качестве материала подложки используют гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) технологии «кремний-на-сапфире» (КНС) с толщиной эпитаксиального слоя кремния 5 мкм, проводимостью n-типа с удельным сопротивлением от 4,5 Ом⋅см до 10 Ом⋅см и концентрацией основной примеси не менее 1015см-3.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a photodetector (FPU) by forming on the substrate planar layers of the FPU and the topological pattern of the photosensitive elements, regions of the anode and cathode, creating metallization and passivating coatings and contact pads, cutting and assembling the FPU crystal in the housing as The substrate material uses heteroepitaxial structures (HES) of the silicon-on-sapphire (SSC) technology with an epitaxial silicon layer thickness of 5 μm, n-type conductivity with specific resistivity a phenomenon from 4.5 Ohm⋅cm to 10 Ohm⋅cm and a concentration of the main impurity of at least 10 15 cm -3 .
Кроме того, на инверсную сторону ГЭС наносят слой поликристаллического кремния.In addition, a layer of polycrystalline silicon is applied to the inverse side of the hydroelectric power station.
Кроме того, формирование границ отдельных фоточувствительных элементов (ФЧЭ) производят путем травления канавок по периметру ФЧЭ на всю глубину эпитаксиального слоя кремния.In addition, the formation of the boundaries of individual photosensitive elements (PSEs) is performed by etching grooves along the perimeter of the PSE to the entire depth of the epitaxial silicon layer.
Кроме того,, травление канавок проводят путем глубинного плазмохимического травления кремния по маске фоторезиста.In addition, the etching of the grooves is carried out by deep plasma-chemical etching of silicon on a photoresist mask.
Кроме того, формирование топологического рисунка рабочих слоев области анода и катода осуществляют методом контактной фотолитографии с соблюдением необходимости совмещения фотолитографий (ФЛ) р-анодд и n-катода.In addition, the formation of a topological pattern of the working layers of the anode and cathode region is carried out by contact photolithography with the need to combine the photolithography (PL) of the p-anode and n-cathode.
Кроме того, при формировании областей р-анода и n-катода вначале эпитаксиальную пленку кремния окисляют на глубину 0,3 мкм, затем осаждают пленки диоксида кремния (SiO2) и нитрида кремния (Si3N4) плазменно-химическим осаждением.In addition, when the regions of the p-anode and n-cathode are formed, the epitaxial silicon film is first oxidized to a depth of 0.3 μm, and then films of silicon dioxide (SiO 2 ) and silicon nitride (Si 3 N 4 ) are deposited by plasma-chemical deposition.
Кроме того, при формировании областей р-анода и n-катода выполняют ФЛ по вскрытию окисленной эпитаксиальной пленки кремния (SiO2+CVDSiO2+Si3N4).In addition, when forming the regions of the p-anode and n-cathode, photoluminescence is performed by opening an oxidized silicon epitaxial film (SiO 2 + CVDSiO 2 + Si 3 N 4 ).
Кроме того, при формировании областей p-анода выполняют имплантацию ионов бора, энергия ионов Е=40 кэВ, доза D=500 мкКлсм-2, через буферный оксид по маске фоторезиста.In addition, during the formation of the p-anode regions, boron ions are implanted, ion energy E = 40 keV, dose D = 500 μClcm -2 , through a buffer oxide using a photoresist mask.
Кроме того, при формировании областей n-катода, выполняют имплантацию ионов фосфора, энергия ионов Е=40 кэВ, доза D=800 мкКлсм-2, через буферный оксид по маске фоторезиста.In addition, when forming regions of the n-cathode, phosphorus ions are implanted, ion energy E = 40 keV, dose D = 800 μClcm -2 , through a buffer oxide using a photoresist mask.
Кроме того, полученную структуру отжигают при температуре от 850 до 950°С.In addition, the resulting structure is annealed at temperatures from 850 to 950 ° C.
Кроме того, выбирают оптимальное соотношение параметров технологических процессов ионной имплантации - доза ионов и энергия ионов и высокотемпературного отжига в диапазоне температур от 850 до 950°С.In addition, they choose the optimal ratio of the parameters of the technological processes of ion implantation - the dose of ions and the energy of ions and high-temperature annealing in the temperature range from 850 to 950 ° C.
Кроме того, реализуют процесс отжига с форсажем - плавным повышением температуры, двойной отжиг: 10 мин в атмосфере азота при 850°С и 10 мин в атмосфере азота при 950°С.In addition, an annealing process is performed with afterburner — a gradual increase in temperature, double annealing: 10 min in a nitrogen atmosphere at 850 ° C and 10 min in a nitrogen atmosphere at 950 ° C.
Кроме того, при создании металлизации вначале напыляют методом магнетронного распыления сплав алюминия с 1% кремния толщиной 1,0 мкм.In addition, when creating metallization, an aluminum alloy with 1% silicon 1.0 μm thick is first sprayed by magnetron sputtering.
Кроме того, при формировании рисунка металлизации выполняют операцию фотокопирования (ФК), а затем производят плазмохимическое травление (ПХТ) алюминия и жидкостное травление кремниевой крошки.In addition, when forming a metallization pattern, a photocopying operation (PC) is performed, and then plasma-chemical etching (PCT) of aluminum and liquid etching of silicon chips are performed.
Кроме того, при создании металлизации выполняют операцию «вжигание металла» при температуре Т=450°С в течение 15 минут в атмосфере сухого азота.In addition, when creating metallization perform the operation of "burning metal" at a temperature of T = 450 ° C for 15 minutes in an atmosphere of dry nitrogen.
Кроме того, при создании пассивирующего покрытия областей ФЧЭ осуществляют осаждение слоя ФСС толщиной 1,0 мкм с содержанием фосфора от 3% до 5%.In addition, when creating a passivating coating of the PSE regions, a 1.0-μm thick FSS layer is deposited with a phosphorus content of 3% to 5%.
Кроме того, при создании металлизации, включающей формирование контактных площадок, выполняют вскрытие контактных площадок путем проведения ФК «пассивация» и последующего химического травления ФСС.In addition, when creating metallization, including the formation of contact pads, the contact pads are opened by means of passivation FC and subsequent chemical etching of the FSS.
Кроме того, в состав структуры ФПУ вводят тестовую линейку, содержащую набор тестовых элементов:In addition, a test ruler containing a set of test elements is introduced into the structure of the FPU:
резистор с рабочей областью, выполненной на области анода;a resistor with a working area made on the area of the anode;
резистор с рабочей областью, выполненной на области катода;a resistor with a working region made on the cathode region;
одиночный диод малой площади;single diode of a small area;
одиночный диод малой площади, ограниченный «канавкой»;single diode of a small area, limited by a "groove";
три и десять параллельно соединенных диодов, ограниченных «канавкой»;three and ten parallel-connected diodes, limited by a "groove";
три и десять параллельно соединенных диодов, не ограниченных «канавкой».three and ten parallel-connected diodes, not limited to the "groove".
Кроме того, тестовые резисторы выполнены в слоях анода и катода на активной области.In addition, test resistors are made in the layers of the anode and cathode in the active region.
Кроме того, тестовые диоды двух видов выполняют для анода с размерами элементарного диода 50×50 мкм.In addition, two types of test diodes are performed for the anode with the dimensions of an
Кроме того, для контроля качества формирования планарных слоев ФПУ, в поле кристалла (чипа) ФПУ вводят контролируемые элементы и идентификаторы слоев.In addition, to control the quality of the formation of planar layers of the FPU, in the field of the crystal (chip) of the FPU, controlled elements and layer identifiers are introduced.
Кроме того, для условного обозначения тестовых резисторов в слое металлизации для резистора в слое катода выполняют условное обозначение «RK», а для резистора в слое анода выполняют условное обозначение «RA».In addition, to symbolize the test resistors in the metallization layer, the symbol “R K ” is performed for the resistor in the cathode layer, and the symbol “R A ” is performed for the resistor in the anode layer.
Кроме того, для контроля электрофизических параметров ФПУ используют измерения зондовой станцией на тестовых структурах и на рабочих кристаллах.In addition, to control the electrophysical parameters of the FPU, measurements are used by the probe station on test structures and on working crystals.
Кроме того, для разделения пластин на кристаллы (чипы) ФПУ используют метод дисковой резки с использованием дисковой пилы с алмазным покрытием с толщиной кромки пилы 0,036 мм при одновременной подаче деионизованной воды.In addition, to separate the plates into crystals (chips), FPUs use the disk cutting method using a diamond-coated circular saw with a saw edge thickness of 0.036 mm while supplying deionized water.
Кроме того, глубину резки осуществляют на глубину от 2/3 до 3/4 толщины пластины.In addition, the cutting depth is carried out to a depth of 2/3 to 3/4 of the thickness of the plate.
Кроме того, ФПУ размещают в металлостеклянных корпусах.In addition, the FPU is placed in metal-glass cases.
Технический результат достигается тем, что в фотоприемном устройстве, образованном электрическим последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединением элементарных диодов, топологические слои сформированы на ГЭС технологии КНС с толщиной эпитаксиального слоя кремния 5 мкм, проводимостью n-типа с удельным сопротивлением от 4,5 Ом⋅см до 10 Ом⋅см, с концентрацией основной примеси не менее 1015см-3 и нанесенным на инверсную сторону ГЭС слоем поликристаллического кремния, а структуры элементарных диодов сформированы в порядке чередования снизу-вверх топологических слоев: «активная область», «n-карман», «анод», «катод», «металл», «пассивация».The technical result is achieved by the fact that in the photodetector formed by an electrical serial, parallel or serial-parallel connection of elementary diodes, topological layers are formed at HPS technology of SPS with an epitaxial silicon layer thickness of 5 μm, n-type conductivity with a resistivity of 4.5 Ohms or more ⋅cm to 10 Ohm⋅cm, with a concentration of the main impurity of at least 10 15 cm -3 and a layer of polycrystalline silicon deposited on the inverse side of the HES, and the structures of elementary diodes are formed in the order of alternating bottom-up topological layers: “active region”, “n-pocket”, “anode”, “cathode”, “metal”, “passivation”.
Кроме того, элементарные диоды изолированы между собой сквозными до слоя сапфира «канавками» шириной 20 мкм.In addition, elementary diodes are isolated between each other through the “grooves” of a width of 20 μm through the sapphire layer.
Кроме того, контактные площадки элементарных диодов выведены за пределы «канавок».In addition, the contact pads of elementary diodes are displayed outside the "grooves".
Кроме того, каждый из элементарных диодов соединен с другими из диодной матрицы контактными площадками в количестве 8 штук, расположенными равномерно по периферии каждого из элементарных диодов.In addition, each of the elementary diodes is connected to the other pads from the diode matrix in the amount of 8 pieces, located uniformly on the periphery of each of the elementary diodes.
Кроме того, контактные площадки сформированы сверху вниз из слоев «пассивация-металл».In addition, the contact pads are formed from top to bottom from passivation-metal layers.
Кроме того, ширина вскрытой области пассивации составляет 130 мкм.In addition, the width of the exposed passivation region is 130 μm.
Кроме того, в состав ФПУ введена тестовая линейка с набором тестовых элементов:In addition, a test line with a set of test elements has been introduced into the FPU:
резистором с рабочей областью, выполненной на области анода;a resistor with a working area made on the area of the anode;
резистором с рабочей областью, выполненной на области катода;a resistor with a working region made on the cathode region;
одиночным диодом малой площади;single diode small area;
одиночным диодом малой площади, ограниченным «канавкой»;a single diode of a small area limited by a "groove";
тремя и десятью параллельно соединенными диодами, ограниченными «канавкой»;three and ten parallel connected diodes, limited by a "groove";
тремя и десятью параллельно соединенными диодами, не ограниченными «канавкой».three and ten parallel connected diodes, not limited to the "groove".
Кроме того, введенные в поле кристалла (чипа) ФПУ тестовые элементы в основных проектных слоях сформированы с размерами:In addition, the test elements introduced into the field of the crystal (chip) of the FPU in the main design layers are formed with the dimensions:
в слое «активная область» 6,0 мкм;in the layer "active region" 6.0 microns;
в слое «n-карман» 2,6 мкм;in the n-pocket layer, 2.6 μm;
в слое «анод» 6,0 мкм;in the layer "anode" 6.0 microns;
в слое «катод» 6,0 мкм;in the cathode layer 6.0 microns;
в слое «металлизация» 4,0 мкм;in the metallization layer 4.0 microns;
в слое «пассивация» не контролируется.in the layer “passivation” is not controlled.
Кроме того, в фотоприемном устройстве, образованном электрическим параллельным соединением элементарных диодов, двадцать элементарных диодов соединены в группу параллельно с общим размером одного фоточувствительного элемента (ФЧЭ) (1,40±0,01)×(1,40±0,01) мм2, при этом размер элементарного диода составляет 68,0×1440,7 мкм2.In addition, in a photodetector formed by electrical parallel connection of elementary diodes, twenty elementary diodes are connected in a group in parallel with the total size of one photosensitive element (PSE) (1.40 ± 0.01) × (1.40 ± 0.01) mm 2 , while the size of the elementary diode is 68.0 × 1440.7 μm 2 .
Кроме того, в фотоприемном устройстве, образованном электрическим последовательно-параллельным соединением элементарных диодов, ФПУ выполнено в виде левого и правого ФЧЭ, каждый из которых содержит по двадцать элементарных диодов, соединенных в группу параллельно.In addition, in the photodetector formed by electric series-parallel connection of elementary diodes, the FPU is made in the form of left and right PSEs, each of which contains twenty elementary diodes connected in a group in parallel.
Изобретение поясняется следующими иллюстрациями:The invention is illustrated by the following illustrations:
Фиг. 1. Схематическое представление фотопроводящего детектора:FIG. 1. Schematic representation of a photoconductive detector:
Е - поток энергии фотонов;E is the photon energy flux;
RL - сопротивление нагрузки;R L - load resistance;
VL - выходной сигнал детектора;V L is the output signal of the detector;
a, b, h - длина, ширина и высота чипа.a, b, h - length, width and height of the chip.
Фиг. 2. Схема включения резистора нагрузки.FIG. 2. The inclusion circuit of the load resistor.
Фиг. 3. Результирующий сигнал от воздействия импульсного падающего излучения: а) спадающий прямоугольный во времени δ-импульс фотонной радиации с энергией Еλ; b) импульс выходного тока детектора (τRise - время нарастания переднего фронта импульса; τFall - время спада заднего фронта импульса).FIG. 3. The resulting signal from the influence of pulsed incident radiation: a) a decreasing rectangular in time δ-pulse of photon radiation with energy E λ ; b) the pulse of the output current of the detector (τ Rise is the rise time of the leading edge of the pulse; τ Fall is the fall time of the trailing edge of the pulse).
Фиг. 4. (а) - структура реального диода p+-n-i-n*, (b) - электрическое поле в лавинной области, (с) - зонно-энергетическая диаграмма, (d) - напряжение переменного тока, (е) - инжекционный и примесный токи [9].FIG. 4. (a) is the structure of the real diode p + -nin *, (b) is the electric field in the avalanche region, (c) is the band-energy diagram, (d) is the alternating current voltage, (e) is the injection and impurity currents [9].
Фиг. 5. CTRs Mii 66212 как функция входного тока и флюенса протонов в качестве параметра. CTRs демонстрирует среднее значение для всех тестируемых приборов. Для всех данных VCE=1 B [11]: X - Input Forward Current (A) - входной ток (A); Y - Normalized CTR - нормированное значение коэффициента усиления тока.FIG. 5. CTRs Mii 66212 as a function of input current and proton fluence as a parameter. CTRs show the average value for all tested devices. For all data, V CE = 1 B [11]: X - Input Forward Current (A) - input current (A); Y - Normalized CTR - normalized current gain.
Фиг. 6. Этап вскрытия областей для формирования p-анода и n-катода.FIG. 6. The stage of opening areas for the formation of the p-anode and n-cathode.
Фиг. 7. Этап формирования областей p-анода.FIG. 7. The stage of formation of the regions of the p-anode.
Фиг. 8. Этап формирования областей p-анода и n-катода.FIG. 8. The stage of formation of the regions of the p-anode and n-cathode.
Фиг. 9. Этап формирования металлизации.FIG. 9. The stage of metallization formation.
Фиг. 10. Этап формирования пассивации.FIG. 10. The stage of formation of passivation.
Фиг. 11. Схема разварки кристалла фотодиодов 2Д301С-01 (слева) и 2Д301С-02 (справа) в корпус типа КТ-2: 1. Анод левый; 2. Катод левый; 3. Катод правый; 4. Анод правый.FIG. 11. Diagram of the unloading of the crystal of 2D301S-01 photodiodes (left) and 2D301S-02 (right) into the KT-2 type housing: 1. Anode left; 2. The cathode is left; 3. The cathode is right; 4. The anode is right.
Фиг. 12. Пример выполнения «канавок».FIG. 12. An example of the implementation of the "grooves".
Фиг. 13. Внешний вид топологии ФПУ.FIG. 13. The appearance of the topology of the FPU.
Фиг. 14. Топология тестовых элементов.FIG. 14. The topology of the test elements.
Фиг. 15. Вид элементарного фоточувствительного элемента ФЧЭ: (а) - схематичное изображение элементарного ФЧЭ; (б) - топология элементарного ФЧЭ.FIG. 15. View of the elementary photosensitive element of the PSE: (a) - a schematic representation of the elementary PSE; (b) - topology of elementary PSE.
Фиг. 16. Конфигурация контролируемых элементов.FIG. 16. Configuration of controlled elements.
Фиг. 17. Пример вывода контактной площадки за пределы изолирующих «канавок»: (а) - вывод металлизации за пределы области, ограниченной «канавками»; (б) - исполнение контактных площадок за пределами области, ограниченной «канавками».FIG. 17. An example of the withdrawal of the contact pad beyond the boundaries of the insulating "grooves": (a) - withdrawal of metallization outside the area bounded by the "grooves"; (b) - execution of contact pads outside the area limited by “grooves”.
Фиг. 18. Идентификаторы слоев.FIG. 18. Layer IDs.
Фиг. 19. Импульсные характеристики по току одноэлементных ФПУ при частоте следования оптических импульсов 100 кГц.FIG. 19. The impulse current characteristics of single-element FPUs at an optical pulse repetition rate of 100 kHz.
Фиг. 20. Импульсные характеристики по току одноэлементных ФПУ при частоте следования оптических импульсов 1 МГц.FIG. 20. The impulse current characteristics of single-element FPUs at an optical pulse repetition rate of 1 MHz.
Фиг. 21. Импульсные характеристики по току двухэлементных ФПУ при частоте следования оптических импульсов 100 кГц.FIG. 21. The impulse current characteristics of two-element FPUs at a pulse repetition rate of 100 kHz.
Фиг. 22. Импульсные характеристики по току двухэлементных ФПУ при частоте следования оптических импульсов 1 МГц.FIG. 22. The impulse current characteristics of two-element FPUs at an optical pulse repetition rate of 1 MHz.
Фиг. 23. Сравнительные результаты измерения пороговой мощности на одиночных фотодиодах 2Д301С-01 двух технологий.FIG. 23. Comparative results of measuring threshold power on single 2D301S-01 photodiodes of two technologies.
Фиг. 24. Схема расположения контролируемых точек на пластине.FIG. 24. The layout of the controlled points on the plate.
Фиг. 25. Результаты исследований на стенде лазерных исследований параметров ФПУ на кремниевых структурах:FIG. 25. The results of studies at the bench for laser studies of FPU parameters on silicon structures:
- внизу показан импульс лазерного излучения;- below shows a laser pulse;
- вверху показан отклик темнового тока.- The dark current response is shown at the top.
Фиг. 26. Результаты исследований на стенде лазерных исследований параметров ФПУ в структурах КНС:FIG. 26. The results of studies at the bench for laser studies of FPU parameters in the structures of the SSC:
- внизу показан импульс лазерного излучения;- below shows a laser pulse;
- вверху показан отклик темнового тока- the dark current response is shown at the top
Фиг. 27. Осциллограмма сигналов на выходе ФПУ при воздействии импульса излучения установки ЛИУ-10М (имп. №4361, С1 - ФПУ КНС №17, прав., С2 - ФПУ КНС №17, лев., С3-ФПУ Si №13, прав., С4 - ФПУ Si №13, лев.).FIG. 27. The waveform of the signals at the FPU output when exposed to a radiation pulse from the LIU-10M installation (imp. No. 4361, C1 - FPU KNS No. 17, legal., C2 - FPU KNS No. 17, left., C3-FPU Si No. 13, right. , C4 - FPU Si No. 13, lion.).
Фиг. 28. Осциллограмма сигналов на выходе ФПУ при воздействии импульса излучения установки ЛИУ-10М (имп. №4364, М2 - ФПУ Si №10, М3 - ФПУ КНС №4, М4 - ФПУ Si №11).FIG. 28. The waveform of the signals at the FPU output when exposed to a radiation pulse from the LIU-10M installation (imp. No. 4364, M2 - FPU Si No. 10, M3 - FPU KNS No. 4, M4 - FPU Si No. 11).
Фиг. 29. Осциллограмма сигналов на выходе ФПУ при воздействии импульса излучения установки Аргумент-1000 (имп. №1, М2 - ФПУ Si №10, М3 - ФПУ КНС №4, М4 - ФПУ Si №11).FIG. 29. The waveform of the signals at the output of the FPU when exposed to a radiation pulse from the Argument-1000 installation (imp. No. 1, M2 - FPU Si No. 10, M3 - FPU KNS No. 4, M4 - FPU Si No. 11).
Фиг. 30. Осциллограмма сигналов на выходе ФПУ при воздействии импульса излучения установки ГИР-2 (имп. №1, С1 - ФПУ КНС №3, С2 - ФПУ Si №10, С3 - ФПУ КНС №4, С4 - ФПУ Si №11).FIG. 30. The waveform of the signals at the output of the FPU when exposed to a radiation pulse from the GIR-2 installation (imp. No. 1, C1 - FPU KNS No. 3, C2 - FPU Si No. 10, C3 - FPU KNS No. 4, C4 - FPU Si No. 11).
Фиг. 31. Осциллограмма сигналов на выходе ФПУ при воздействии импульса излучения установки ГИР-2 (имп. №2, С1 - ФПУ КНС №1, С2 - ФПУ Si №8, С3 - ФПУ КНС №2, С4 - ФПУ Si №9).FIG. 31. The waveform of the signals at the output of the FPU when exposed to a radiation pulse from the GIR-2 installation (imp. No. 2, C1 - FPU KNS No. 1, C2 - FPU Si No. 8, C3 - FPU KNS No. 2, C4 - FPU Si No. 9).
Фиг. 32. Изменение выходного напряжения ФПУ-КНС-1 №1, 2 и ФПУ-Si-1 №8, 9 в процессе воздействия фактора с характеристикой 7.И7.FIG. 32. Change in the output voltage of FPU-KNS-1 No. 1, 2 and FPU-Si-1 No. 8, 9 in the process of exposure to a factor with
Фиг. 33. Изменение выходного напряжения ФПУ-КНС-2 №5 и ФПУ-Si-2 №12 в процессе воздействия спецфактора с характеристикой 7.И7.FIG. 33. Changing the output voltage of FPU-KNS-2 No. 5 and FPU-Si-2 No. 12 in the process of exposure to a special factor with characteristic 7.I 7 .
Пример конкретной реализацииConcrete implementation example
Фотоприемное устройство, в котором формируют на подложечном материале топологический рисунок ФЧЭ, формируют области анода и катода, создают металлизацию, пассивирующее покрытие и контактные площадки. Сформированные чипы ФПУ на исходной ГЭС подвергают резке и последующей сборке скрайбированного чипа ФПУ в корпус. Для обеспечения стойкости ФПУ к дозовым эффектам и переходным процессам ионизирующего излучения (TREE) в качестве материала подложки используют ГЭС технологии КНС с толщиной эпитаксиального слоя кремния 5 мкм, проводимостью кремния типа с удельным сопротивлением от 4,5 до 10 Ом⋅см и концентрацией основной примеси не менее 1015см-3.A photodetector, in which a topological pattern of PSE is formed on the substrate material, anode and cathode regions are formed, metallization, a passivating coating and contact pads are created. The formed FPU chips at the initial hydroelectric power station are subjected to cutting and subsequent assembly of the scribed FPU chip into the housing. To ensure the FPU resistance to dose effects and transition processes of ionizing radiation (TREE), HPS technologies with an epitaxial silicon layer thickness of 5 μm, silicon type conductivity with a resistivity of 4.5 to 10 Ω⋅cm and a concentration of the main impurity are used as the substrate material not less than 10 15 cm -3 .
Для компенсации механических напряжений на границах раздела слоев ГЭС технологии КНС на инверсную сторону ГЭС наносят слой поликристаллического кремния.To compensate for mechanical stresses at the interfaces between the layers of the hydroelectric station, SPS technologies apply a layer of polycrystalline silicon to the inverse side of the hydroelectric station.
Для формирования границ отдельных ФЧЭ на всю глубину эпитаксиальной пленки кремния (Фиг. 12) формируют «канавки».To form the boundaries of individual PSEs along the entire depth of the epitaxial silicon film (Fig. 12), "grooves" are formed.
Для реализации процесса глубинного плазмохимического травления кремниевых канавок процесс глубинного травления проводят по маске фоторезиста (ФР).To implement the process of deep plasma-chemical etching of silicon grooves, the process of deep etching is carried out using a photoresist mask (FR).
Перечень основных проектных слоев приведен в табл. 1.The list of the main design layers is given in table. one.
Формирование топологического рисунка рабочих слоев осуществлялось методом контактной фотолитографии с соблюдением необходимости совмещения фотолитографий (ФЛ) p-анода и n-катода (Фиг. 13).The formation of the topological pattern of the working layers was carried out by contact photolithography with the need to combine photolithography (PL) of the p-anode and n-cathode (Fig. 13).
Для формирования областей р-анода и n-катода вначале эпитаксиальную пленку кремния окисляют на глубину 0,3 мкм, затем осаждают пленки SiO2 и Si3N4 методом CVD.To form the regions of the p-anode and n-cathode, the epitaxial silicon film is first oxidized to a depth of 0.3 μm, then SiO 2 and Si 3 N 4 films are deposited by CVD.
Для формирования областей р-анода и n-катода выполняют ФЛ по вскрытию окисленной эпитаксиальной пленки кремния (SiO2+CVDSiO2+Si3N4) (Фиг. 6).To form the regions of the p-anode and n-cathode, photoluminescence is performed by opening an oxidized epitaxial silicon film (SiO 2 + CVDSiO 2 + Si 3 N 4 ) (Fig. 6).
Для формирования областей р-анода выполняют имплантацию ионов бора (энергия ионов Е=40 кэВ, доза D=500 мкКл⋅см-2) через буферный оксид по маске фоторезиста (Фиг. 7).To form regions of the p-anode, boron ions are implanted (ion energy E = 40 keV, dose D = 500 µC⋅cm -2 ) through a buffer oxide using a photoresist mask (Fig. 7).
Для формирования областей n-катода выполняют имплантацию ионов фосфора (энергия ионов Е=40 кэВ, доза D=800 мкКл⋅см-2) через буферный оксид по маске фоторезиста.To form n-cathode regions, phosphorus ions are implanted (ion energy E = 40 keV, dose D = 800 µC⋅cm -2 ) through a buffer oxide using a photoresist mask.
Для разгонки примеси при достижении полной электрической активности примеси без значительного протекания диффузии атомов примеси полученная структура отжигалась при температуре 850-950°С (Фиг. 8).In order to disperse an impurity, when the complete electrical activity of the impurity is achieved without significant diffusion of impurity atoms, the resulting structure was annealed at a temperature of 850–950 ° С (Fig. 8).
Для получения низких значений темнового тока (не более 0,05 мкА) и достаточно высоких значений токовой чувствительности (не менее 0,4 А/Вт) выбирают оптимальным соотношение параметров технологических процессов ионной имплантации (доза ионов и энергия ионов) и высокомпературного отжига в диапазоне 850-950°С. Для учета различия в значениях коэффициентов теплового расширения материалов слоев ГЭС технологии КНС реализуют процесс отжига с форсажем (плавным повышением температуры), двойной отжиг: 10 мин в атмосфере N2 при 850°С и 10 мин в атмосфере N2 при 950°С. В табл. 2 приведены режимы отжига для исходных ГЭС с различными значениями удельного сопротивления кремния.To obtain low values of dark current (not more than 0.05 μA) and sufficiently high values of current sensitivity (not less than 0.4 A / W), the optimal ratio of the parameters of the processes of ion implantation processes (ion dose and ion energy) and high-temperature annealing in the range 850-950 ° C. To take into account the differences in the coefficients of thermal expansion of the materials of layers of hydroelectric power stations, KNS technologies implement an annealing process with afterburner (a gradual increase in temperature), double annealing: 10 min in N 2 atmosphere at 850 ° С and 10 min in N 2 atmosphere at 950 ° С. In the table. Figure 2 shows the annealing modes for the initial HES with different values of the specific resistivity of silicon.
На основе анализа полученных данных можно сделать вывод о том, что наблюдаются различия в параметрах ФПУ, изготовленных по различным технологиям, таких как темновой ток и токовая чувствительность. Из данных табл. 2 следует, что ФПУ, изготовленные на кремниевых пластинах, имеют лучшие характеристики, что обусловлено особенностями технологии получения эпитаксиальных слоев монокристаллического кремния при изготовлении структур технологии КНС. К числу таких особенностей относятся повышенная по сравнению с объемным кремнием дефектность пленок, а также влияние внутренних механических напряжений, возникающих при выращивании пленок полупроводника толщиной 5 мкм.Based on the analysis of the data obtained, we can conclude that there are differences in the parameters of the FPU manufactured by various technologies, such as dark current and current sensitivity. From the data table. 2, it follows that FPUs made on silicon wafers have better characteristics, which is due to the features of the technology for producing epitaxial layers of single-crystal silicon in the manufacture of structures of the SSC technology. These features include increased defectiveness of films compared to bulk silicon, as well as the influence of internal mechanical stresses arising from the growth of 5 μm thick semiconductor films.
Полученные результаты демонстрируют отсутствие прямой зависимости токовой чувствительности от глубины залегания p-n-перехода. В снижение уровня токовой чувствительности привносит вклад удельное сопротивление исходных структур.The results obtained demonstrate the absence of a direct dependence of the current sensitivity on the depth of the pn junction. The specific resistance of the initial structures contributes to a decrease in the level of current sensitivity.
Для формирования рисунка металлизации выполняют операцию фотокопирования (ФК), а затем производят плазмохимическое травление (ПХТ) Al и жидкостное травление кремниевой крошки (Фиг. 9).To form a metallization pattern, a photocopying operation (PC) is performed, and then plasma-chemical etching (PCT) of Al and liquid etching of silicon chips are performed (Fig. 9).
Для снижения сопротивления контактов металла, перед осаждением ФСС выполняют операцию «вжигание металла» при температуре Т=450°С в течение 15 минут в атмосфере сухого N2.To reduce the resistance of metal contacts, before the deposition of the FSS, the operation is “burning metal” at a temperature of T = 450 ° C for 15 minutes in an atmosphere of dry N 2 .
Для пассивации изготовляемых приборов осуществляли осаждение слоя ФСС толщиной 1,0 мкм с содержанием фосфора от 3 до 5%.To passivate the manufactured devices, a FSS layer was deposited with a thickness of 1.0 μm with a phosphorus content of 3 to 5%.
Для формирования контактных площадок, выполняют вскрытие контактных площадок путем проведения ФК «пассивация» и последующего химического травления ФСС (Фиг. 10).To form the contact pads, the contact pads are opened by means of FC passivation and subsequent chemical etching of the FSS (Fig. 10).
Для формирования металлизации вначале напыляют методом магнетронного распыления сплав Al с 1% Si толщиной 1,0 мкм.To form metallization, an Al alloy with 1% Si 1.0 μm thick is first sprayed by magnetron sputtering.
Для контроля технологических операций формирования структуры ФПУ в его состав введена тестовая линейка, содержащая набор тестовых элементов (Фиг. 14): резистор с рабочей областью, выполненной на области анода; резистор с рабочей областью, выполненной на области катода; одиночный диод малой площади; одиночный диод малой площади, ограниченный «канавкой»; три и десять параллельно соединенных диодов, ограниченных «канавкой»; три и десять параллельно соединенных диодов, не ограниченных «канавкой».To control the technological operations of the formation of the FPU structure, a test ruler containing a set of test elements (Fig. 14) was introduced into its composition: a resistor with a working area made on the anode area; a resistor with a working region made on the cathode region; single diode of a small area; single diode of a small area, limited by a "groove"; three and ten parallel-connected diodes, limited by a "groove"; three and ten parallel-connected diodes, not limited to the "groove".
Для определения сопротивления слоев ФПУ тестовые резисторы выполнены в слоях PPlus (анод) и NPlus (катод) на активной области.To determine the resistance of the FPU layers, test resistors are made in the layers PPlus (anode) and NPlus (cathode) in the active region.
Для контроля качества проведения процессов травления межслойного диэлектрика, металла и оценки работоспособности ФПУ тестовые диоды двух видов выполняют для анода с размерами элементарного диода 50×50 мкм (Фиг. 15).To control the quality of the etching processes of the interlayer dielectric, metal and evaluate the performance of the FPU, two types of test diodes are performed for the anode with the dimensions of an
Для контроля качества формирования планарных слоев ФПУ в поле кристалла (чипа) ФПУ вводят контролируемые элементы и идентификаторы слоев. Конфигурация контролируемых элементов приведена на Фиг. 16. Размеры контролируемых элементов приведены в табл. 3.To control the quality of the formation of planar layers of the FPU in the field of the crystal (chip) of the FPU introduce controlled elements and layer identifiers. The configuration of the monitored elements is shown in FIG. 16. The sizes of the controlled elements are given in table. 3.
Для условного обозначения тестовых резисторов в слое Metall 1 для резистора в слое NPlus (катод) выполняют условное обозначение «RK», а для резистора в слое PPlus (анод) выполняют условное обозначение «RA».For the designation of test resistors in the
Для контроля ЭФП ФПУ используют измерения зондовой станцией на тестовых структурах и на рабочих кристаллах.To control the FPA, FPUs use measurements by a probe station on test structures and on working crystals.
Для разделения пластин на кристаллы (чипы) ФПУ используют метод дисковой резки с использованием дисковой пилы с алмазным покрытием с толщиной кромки пилы 0,036 мм при одновременной подаче деионизованной воды.To separate the plates into crystals (chips), FPUs use the disk cutting method using a diamond-coated circular saw with a saw edge thickness of 0.036 mm while supplying deionized water.
Для оптимизации глубины резки ее осуществляют на глубину от 2/3 до 3/4 толщины пластины.To optimize the depth of cutting it is carried out to a depth of 2/3 to 3/4 of the thickness of the plate.
Для приклейки чипов в корпусах ФПУ применяют токопроводящий клей, например ТОК-2.For gluing chips in FPU cases, conductive glue is used, for example, TOK-2.
Для обеспечения прохождения светового потока к фронтальной поверхности ФПУ их размещают в металлостеклянных корпусах, аналогичных корпусам фотодиодов ФД-20-31 ФГЦЭ3.368.103ТУ или ФД-20-33Л АГЦ3.368.120ТУ.To ensure the passage of the light flux to the front surface of the FPU, they are placed in metal-glass cases similar to the cases of the FD-20-31 FGCE3.368.103TU or FD-20-33L AGTs.3.368.120TU photodiodes.
ФПУ, образованное электрическим последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединением элементарных диодов (Фиг. 15), в котором для формирования структуры элементарного диода сформированы топологические слои в порядке чередования снизу вверх: «активная область» (Active (9)), «n-карман) (Nwell (19)), Р+-стоки («анод») (PPlus (51)), N+-стоки («катод») (NPlus (54)), «металлизация» (Metall (70)), «пассивация» (Ovgl (92)).FPU formed by electrical serial, parallel or serial-parallel connection of elementary diodes (Fig. 15), in which to form the structure of an elementary diode topological layers are formed in the order of alternation from the bottom up: “active region” (Active (9)), “n- pocket) (Nwell (19)), P + drains (“anode”) (PPlus (51)), N + drains (“cathode”) (NPlus (54)), “metallization” (Metall (70)) Passivation (Ovgl (92)).
Для обеспечения стойкости к переходным процессам от воздействия импульсного ионизирующего излучения (TREE) топологичесие слои сформированы на ГЭС технологии КНС с толщиной эпитаксиального слоя 5 мкм, проводимостью n-типа с удельным сопротивлением от 4,5 до 10 Ом⋅см, с концентрацией основной примеси не менее 1015см-3 и нанесенным на инверсную сторону ГЭС слоем поликристаллического кремния.To ensure resistance to transients from pulsed ionizing radiation (TREE), topological layers are formed at hydroelectric power station technology of SPS with an epitaxial layer thickness of 5 μm, n-type conductivity with a resistivity of 4.5 to 10 Ohm⋅cm, with a concentration of the main impurity not less than 10 15 cm -3 and a layer of polycrystalline silicon deposited on the inverse side of the HES.
Для обеспечения электрической развязки элементарные диоды изолированы между собой сквозными до слоя сапфира «канавками» шириной 20 мкм (Фиг. 12).To ensure electrical isolation, elementary diodes are isolated between each other through the “grooves” of 20 microns wide through the sapphire layer (Fig. 12).
Для обеспечения условий контактирования контактные площадки выведены за пределы «канавок» (Фиг. 17).To ensure contact conditions, the contact pads are outside the "grooves" (Fig. 17).
Для обеспечения соединения каждого из элементарных диодов по периферии с другими из диодной матрицы контактные площадки в количестве восьми штук расположены равномерно по периферии каждого из элементарных диодов.To ensure the connection of each of the elementary diodes on the periphery with the other of the diode matrix, the contact pads in the amount of eight pieces are located evenly on the periphery of each of the elementary diodes.
Для обеспечения защиты контактных площадок от неблагоприятных условий эксплуатации контактные площадки сформированы сверху вниз из слоев «пассивация - металлизация».In order to protect the contact pads from adverse operating conditions, the contact pads are formed from top to bottom from the passivation - metallization layers.
Для обеспечения электрического соединения контактных площадок смежных элементарных диодов ширина вскрытой области пассивации составляет 130 мкм.To ensure electrical connection of the contact pads of adjacent elementary diodes, the width of the opened passivation region is 130 μm.
Для контроля технологических операций формирования структуры ФПУ в его состав введена тестовая линейка с набором тестовых элементов (Фиг. 14): резистор с рабочей областью, выполненной на области анода; резистор с рабочей областью, выполненной на области катода; одиночный диод малой площади; одиночный диод малой площади, ограниченный «канавкой»; три и десять параллельно соединенных диодов, ограниченных «канавкой»; три и десять параллельно соединенных диодов, не ограниченных «канавкой».To control the technological operations of the formation of the FPU structure, a test ruler with a set of test elements was introduced into its composition (Fig. 14): a resistor with a working area made on the anode area; a resistor with a working region made on the cathode region; single diode of a small area; single diode of a small area, limited by a "groove"; three and ten parallel-connected diodes, limited by a "groove"; three and ten parallel-connected diodes, not limited to the "groove".
Для контроля качества формирования планарных слоев ФПУ введенные в поле кристалла (чипа) ФПУ введенные контролируемые элементы (Фиг. 16) в основных проектных слоях сформированы с размерами: в «активном слое» 6,0 мкм; в слое «n-карман» 2,6 мкм; в слое «анод» 6,0 мкм; в слое «катод» 6,0 мкм; в слое «металлизация» 4,0 мкм; в слое «пассивация» не контролируется.To control the quality of formation of planar FPU layers, the introduced controlled elements (Fig. 16) introduced into the field of the crystal (chip) of the FPU (Fig. 16) are formed in the main design layers with dimensions: in the "active layer" 6.0 microns; in the n-pocket layer, 2.6 μm; in the layer "anode" 6.0 microns; in the cathode layer 6.0 microns; in the metallization layer 4.0 microns; in the layer “passivation” is not controlled.
ФПУ, образованное электрическим параллельным соединением элементарных диодов, в котором для увеличения токовой чувствительности всего устройства в целом двадцать элементарных диодов соединены в группу параллельно с общим размером одного ФЧЭ (1,40±0,01)×(1,40±0,01) мм2, при этом размер элементарного диода составляет 68,0×1440,7 мкм2.FPU formed by electrical parallel connection of elementary diodes, in which to increase the current sensitivity of the entire device as a whole twenty elementary diodes are connected in a group in parallel with the total size of one PSE (1.40 ± 0.01) × (1.40 ± 0.01) mm 2 , while the size of the elementary diode is 68.0 × 1440.7 μm 2 .
Для разварки чипа ФПУ в корпус, например типа КТ-2, катод ФПУ соединен с выводом «3» корпуса, а анод ФПУ соединен с выводом «4» корпуса (Фиг. 11).For unpacking the FPU chip into the case, for example, of the КТ-2 type, the FPU cathode is connected to the case “3” terminal, and the FPU anode is connected to the case “4” terminal (Fig. 11).
ФПУ, образованное электрическим последовательно-параллельным соединением элементарных диодов, в котором для увеличения токовой чувствительности всего устройства в целом ФПУ выполнено в виде левого и правого ФЧЭ, каждый из которых содержит по двадцать элементарных диодов, соединенных в группу параллельно.FPU formed by electrical series-parallel connection of elementary diodes, in which to increase the current sensitivity of the entire device as a whole, the FPU is made in the form of left and right PSFs, each of which contains twenty elementary diodes connected in a group in parallel.
Для разварки чипа ФПУ в корпус типа КТ-2 катод левого ФПУ соединен с выводом «2» корпуса, анод левого ФПУ соединен с выводом «1» корпуса, катод правого ФПУ соединен с выводом «3» корпуса, а анод правого ФПУ соединен с выводом «4» корпуса (Фиг. 11).For unpacking the FPU chip into the KT-2 case, the cathode of the left FPU is connected to the output “2” of the case, the anode of the left FPU is connected to the output “1” of the case, the cathode of the right FPU is connected to the output “3” of the case, and the anode of the right FPU is connected to the output "4" of the body (Fig. 11).
Для реализации прочности приваренных выводов кристалла к траверсам выводов в корпусе применяют ультразвуковую сварку, для разварки выбирают алюминиевую проволоку АК-0,9 ПМ-30(А) и применяют дополнительную оснастку в виде фиксирующего кольца, понижающего резонансную частоту этих траверсов, надеваемого на траверсы перед разваркой.To realize the strength of the welded crystal leads to the traverses of the leads in the case, ultrasonic welding is used, for welding, choose the aluminum wire AK-0.9 PM-30 (A) and use additional equipment in the form of a retaining ring that lowers the resonant frequency of these traverses, worn on the traverses before unwrapping.
Разброс ЭФП по пластине при измерениях на структурах КНС составлял 10-12%. Это обусловлено несовершенством исходной пленки и рассовмещением слоев при формировании фотолитографий, что является особенностью метода контактной ФЛГ.The spread of the electron phase transitions on the plate during measurements on the SSS structures was 10-12%. This is due to the imperfection of the initial film and the misregistration of the layers during the formation of photolithographs, which is a feature of the contact FLG method.
Для последующего корпусирования были отобраны пластины ЭФО-01-05 (объемный кремний) и ЭФО-02-02 (КНС).For subsequent packing, plates EFO-01-05 (bulk silicon) and EFO-02-02 (KNS) were selected.
После проведения операций по сборке кристаллов в корпуса (резка пластин на кристаллы, монтаж в корпуса, разварка выводов и приваривание крышек) были проведены измерения ЭФП. Результаты измерений темнового тока, токовой чувствительности, измеренных на ФПУ, изготовленных по кремниевой технологии и по планарной КНС технологии - одноэлементный ФПУ, приведены в табл. 2, двухэлементный ФПУ - в табл. 3.After operations on the assembly of crystals in the casing (cutting plates on crystals, mounting in the casing, welding out the leads and welding the covers), the EFP measurements were performed. The results of measurements of the dark current, current sensitivity, measured on FPU, made using silicon technology and according to planar SPS technology - single-element FPU, are given in table. 2, two-element FPU - in table. 3.
Для исследования импульсных характеристик были проведены измерения характеристик ФПУ разных вариантов исполнения в импульсном режиме по току на частотах 1 кГц, 100 кГц и 1 МГц. Осциллограммы выходных сигналов одноэлементных ФПУ по КНС технологии представлены на Фиг. 19 (100 кГц), Фиг. 20 (1 МГц) двухэлементных ФПУ по КНС технологии - на Фиг. 21 (100 кГц), Фиг. 22 (1 МГц), соответственно.To study the impulse characteristics, we measured the characteristics of the FPU of different versions in a pulsed current mode at frequencies of 1 kHz, 100 kHz, and 1 MHz. Oscillograms of the output signals of single-element FPU according to SSC technology are presented in FIG. 19 (100 kHz), FIG. 20 (1 MHz) two-element FPU according to SSC technology - in FIG. 21 (100 kHz), FIG. 22 (1 MHz), respectively.
По осциллограммам на Фиг. 19-22 были определены следующие параметры:According to the oscillograms in FIG. 19-22, the following parameters were determined:
- амплитуда сигнала Um;- the amplitude of the signal U m ;
- длительность t0,5 по уровню 0,5 Um;- duration t 0.5 at the level of 0.5 U m ;
- длительность фронта t0,1-0,9 по уровню (0,1-0,9)Um;- the duration of the front t 0.1-0.9 at the level of (0.1-0.9) U m ;
- длительность спада t0,9-0,1 по уровню (0,9-0,1)Um.- the duration of the decline t 0.9-0.1 at the level of (0.9-0.1) U m .
В табл. 4 приведены результаты измерений темнового тока, токовой чувствительности одноэлементного ФПУ, изготовленных по кремниевой технологии и по планарной КНС технологии.In the table. Figure 4 shows the results of measurements of the dark current and current sensitivity of a single-element FPU made using silicon technology and planar SPS technology.
В табл. 5 приведены результаты измерений темнового тока, токовой чувствительности двухэлементного ФПУ, изготовленного по кремниевой технологии и по планарной КНС технологии.In the table. Figure 5 shows the results of measurements of the dark current and current sensitivity of a two-element FPU made using silicon technology and according to planar SPS technology.
В табл. 6 приведены результаты измерений электрических параметров ФПУ по кремниевой технологии на частотах следования оптических импульсов от 1 кГц до 1МГц.In the table. Figure 6 shows the results of measurements of the electric parameters of FPUs using silicon technology at optical pulse repetition frequencies from 1 kHz to 1 MHz.
В табл. 7 приведены результаты измерений электрических параметров ФПУ по планарной КНС технологии на частотах следования оптических импульсов от 1 кГц до 1МГц.In the table. 7 shows the results of measurements of the electric parameters of the FPU according to the planar SPS technology at optical pulse repetition frequencies from 1 kHz to 1 MHz.
В табл. 8 приведены значения коэффициента фотоэлектрической связи между ФЧЭ двухэлементных ФПУ на образцах КНС.In the table. Figure 8 shows the values of the photoelectric coupling coefficient between the PSE of two-element FPU on SPS samples.
Результаты измерений электрических параметров ФПУ по кремниевой объемной технологии на частотах следования оптических импульсов от 1 кГц до 1МГц представлены в табл. 6, а ФПУ по планарной КНС технологии - в табл. 7.The results of measurements of the FPU electrical parameters by silicon bulk technology at optical pulse repetition frequencies from 1 kHz to 1 MHz are presented in Table. 6, and FPU according to planar SPS technology - in table. 7.
Измеренная собственная постоянная времени составила 40 нс. Данные по исследованию коэффициента фотоэлектрической связи между ФЧЭ ФПУ на образцах КНС приведены в табл. 8. Таким образом, при мощности светового излучения 6,94 мкВт значение фототока на объемном кремнии составляет 14,782 мкА, на КНС - структурах - 9,443 мкА.The measured intrinsic time constant was 40 ns. The data on the study of the photoelectric coupling coefficient between the PSE of FPU on SPS samples are given in table. 8. Thus, at a light emission power of 6.94 μW, the photocurrent on bulk silicon is 14.782 μA, and on SPS structures it is 9.443 μA.
Измерения пороговой мощности проводились на одиночных фотодиодах 2Д301С-01. Для измерений были взяты образцы, изготовленные как по технологии КНС, так и образцы на объемном кремнии. Пороговая мощность измерялась методом измерения фототока при воздействии на образец светового облучения калиброванной мощности. Так, при мощности на выходе излучателя 0,1 мВт мощность излучения, падающего на ФЧЭ, составляет 0,00694 мВт или 6,94 мкВт.The threshold power measurements were carried out on single 2D301S-01 photodiodes. For measurements, we took samples made using both SSC technology and bulk silicon samples. The threshold power was measured by measuring the photocurrent when a calibrated power was applied to a sample of light. So, when the output power of the emitter is 0.1 mW, the radiation power incident on the PSE is 0.00694 mW or 6.94 mW.
Результаты измерений представлены в табл. 9 и на Фиг. 23. Причем в табл. 9 приведены только минимальные и максимальные значения пороговой мощности.The measurement results are presented in table. 9 and in FIG. 23. Moreover, in the table. Figure 9 shows only the minimum and maximum values of the threshold power.
Для исследования стойкости ФПУ к воздействию фактора 7.И7 на моделирующих установках на каждой пластине были измерены 10 точек в 5 зонах (схема расположения контролируемых точек на пластине представлена на Фиг. 24). Измерялись ЭФП кристаллов одиночных фотодиодов 2Д301С-01. Результаты измерений сведены в табл. 10 и табл. 11.To study the resistance of the FPU to the effects of factor 7.I7, 10 points in 5 zones were measured on modeling installations on each plate (the arrangement of controlled points on the plate is shown in Fig. 24). The electron-beam phase intensities of crystals of single photodiodes 2D301S-01 were measured. The measurement results are summarized in table. 10 and tab. eleven.
В табл. 10 и табл. 11 содержатся только данные о максимальных и минимальных значениях измеренных значений темнового и фототоков.In the table. 10 and tab. 11 contains only data on the maximum and minimum values of the measured values of the dark and photocurrents.
Стойкость корпусированных изделий определяется на испытательном комплексе РИК 0401. По методике, аналогичной., используемой, при испытаниях кристаллов на пластине проводился комплекс измерений значений темнового тока через каждые значения уровня 0,2×6УС по фактору 7.И7.The durability of the packaged products is determined on the test complex RIK 0401. According to the method similar to that used when testing the crystals on the plate, a complex of measurements of the dark current values was carried out through each level value 0.2 × 6U C by factor 7.I 7 .
*) При измерении темнового тока исследовалась динамика его изменения в процессе набора дозы облучения (значение в верхней строке соответствующей графы таблицы), а также степень восстановления параметров после кратковременного (порядка 1 мин) прекращения облучения (значение в нижней строке). *) When measuring the dark current, we studied the dynamics of its change during the exposure dose (the value in the upper line of the corresponding column of the table), as well as the degree of restoration of the parameters after a short-term (about 1 min) termination of exposure (value in the lower line).
*) При измерении темнового тока исследовалась динамика его изменения в процессе набора дозы облучения (значение в верхней строке соответствующей графы таблицы), а также степень восстановления параметров после кратковременного (порядка 1 мин) прекращения облучения (значение в нижней строке). *) When measuring the dark current, we studied the dynamics of its change during the exposure dose (the value in the upper line of the corresponding column of the table), as well as the degree of restoration of the parameters after a short-term (about 1 min) termination of exposure (value in the lower line).
После достижения фактором 7.И7 уровня 6УС источник выключался и измерялась величина фототока. Результаты измерений представлены в табл. 12-15. В таблицах приведены максимальные и минимальные значения темнового тока и фототока.After the factor 7.I 7 reached the level of 6U C, the source was turned off and the photocurrent was measured. The measurement results are presented in table. 12-15. The tables show the maximum and minimum values of the dark current and photocurrent.
Исследование стойкости ФПУ к воздействию фактора 7.И6 по эффектам TREE проводилось с использованием лазерного имитатора «Радон-8Н» из состава лазерного аппаратно-программного комплекса ЛАПК-0501 по общим аттестованным методикам РД В 319.03.22-97 и ОСТ 11.073.013 (часть 10, метод 1000-1).A study of the resistance of FPU to the effects of
При воздействии лазерного импульса фиксировалось изменение параметра «Темновой ток». Примеры воздействия лазерного импульса приведены на Фиг. 25 и Фиг. 26.Under the influence of a laser pulse, a change in the Dark Current parameter was recorded. Examples of laser pulse exposure are shown in FIG. 25 and FIG. 26.
Затем были проведены исследования уровня стойкости экспериментальных образцов ФПУ к воздействию факторов с характеристиками 7.И6 (Фиг. 27, Фиг. 28, Фиг. 29), 7.,И1 (Фиг. 30, Фиг. 31), 7.И7 (Фиг. 32, Фиг. 33). Объектами исследований являлись ФПУ в корпусном исполнении на кремниевых пластинах и на КНС, включающие в себя один или два ФЧЭ. До и после исследований контролировали следующие параметры ФПУ: фототок; амплитуду фотосигнала длительность сигнала по уровню 0,5 от амплитудного значения; длительность фронта фотосигнала по уровню от 0,1 до 0,9 от амплитудного значения; длительность спада сигнала по уровню от 0,1 до 0,9 от амплитудного значения.Then, studies were conducted on the level of resistance of experimental FPU samples to the effects of factors with characteristics 7.I 6 (Fig. 27, Fig. 28, Fig. 29), 7., And 1 (Fig. 30, Fig. 31), 7.I 7 (Fig. 32, Fig. 33). The objects of research were FPU in hull design on silicon wafers and on SPS, including one or two PSEs. Before and after the studies, the following FPU parameters were controlled: photocurrent; the amplitude of the photosignal; the duration of the signal at a level of 0.5 of the amplitude value; the duration of the front of the photo signal at a level of from 0.1 to 0.9 of the amplitude value; the duration of the decline of the signal at a level of from 0.1 to 0.9 of the amplitude value.
Исследования влияния факторов с характеристиками 7.И6, 7.И1, 7.И7 на работу ФПУ показали следующее:Studies of the influence of factors with characteristics 7.I 6 , 7.I 1 , 7.I 7 and the FPU work showed the following:
Исследования на воздействие фактора с характеристикой 7.И6 были проведены до уровня 0,6×5Ус. После воздействия остаточных эффектов в сохранивших работоспособность образцах ФПУ на основе КНС обнаружено не было. Деградация параметров сохранивших работоспособность образцов на основе Si не превышала 5%.Studies on the impact of a factor with a characteristic of 7. And 6 were carried out to a level of 0.6 × 5us. After exposure to residual effects, SPS-based FPU samples were not found to be functional. The degradation of the parameters of the Si-based samples that remained functional did not exceed 5%.
Исследования на воздействие фактора с характеристикой 7.И1 были проведены до уровня 1,1×3Ус. После воздействия деградация ФПУ технологии КНС не превышала 4%, в то время как деградация ФПУ на Si составила более 80% (то есть ФПУ на Si теряли работоспособность). В момент воздействия выходное напряжение на ФПУ как на основе объемного Si, так и на основе КНС возрастало в 2,5÷4,5 раза. Форма выходного напряжения повторяла форму импульса излучения, длительность которого на полувысоте составляла приблизительно 450 мкс.Studies on the impact of a factor with characteristic 7.and 1 were carried out to a level of 1.1 × 3us. After exposure, the degradation of the FPU of the SPS technology did not exceed 4%, while the degradation of the FPU on Si amounted to more than 80% (that is, the FPU on Si lost their operability). At the time of exposure, the output voltage on the FPD both on the basis of bulk Si and on the basis of SPS increased by 2.5–4.5 times. The shape of the output voltage repeated the shape of the radiation pulse, the duration of which at half maximum was approximately 450 μs.
Исследования на воздействие спецфактора с характеристикой 7.И7 были проведены до уровня 6Ус. В процессе воздействия излучения установки испытательный контейнер с установленными в нем ФПУ был размещен в поле излучения. Воздействие продолжалось в течение 33 мин, в течение которых на объектах был достигнут уровень воздействия 6Ус фактора 7.И7.Studies on the impact of a special factor with characteristic 7.I 7 were conducted up to the level of 6us. In the process of exposure to radiation from the installation, a test container with the FPU installed in it was placed in the radiation field. The exposure lasted for 33 minutes, during which the exposure level of 6us factor 7 was reached at the facilities. And 7 .
После воздействия деградация фотосигнала ФПУ на основе Si составила 10÷20%. Деградация ФПУ на основе КНС не превышала 7%, при этом у образцов с одной фоточувствительной площадкой наблюдалось восстановление (увеличение) фотосигнала на 15÷25% по сравнению с уровнем до воздействия.After exposure, the photo signal degradation of Si-based FPUs was 10–20%. The degradation of FPU based on SPS did not exceed 7%, while for samples with one photosensitive area, the restoration (increase) of the photo signal was 15–25% compared with the level before exposure.
Анализируя полученные данные по стойкости чипов ФПУ на пластинах, можно сделать вывод о том, что на токовую чувствительность воздействие фактора 7.И7 влияния не оказывает. Изменение параметров до и после воздействия остаются в пределах погрешности позиционирования источника фактора 7.И7 относительно кристалла. Что касается темнового тока, то ситуация здесь не столь однозначная. На пластине из партии ЭФО-01-04, выполненной по технологии объемного кремния, в процессе воздействия наблюдается увеличение темнового тока, однако после снятия воздействия наблюдается восстановление первоначальных параметров. На кристаллах, выполненных по технологии КНС (партия ЭФО-02), восстановление первоначальных параметров происходит медленнее. Для готовых образцов по полученным данным можно сделать выводы, в целом аналогичные тем, которые получили при испытаниях чипов ФПУ на пластине. Также можно с большой долей вероятности считать, что при корпусировании стойкость кристаллов к воздействию ВВФ увеличивается за счет экранирующего эффекта.Analyzing the data on the resistance of FPU chips on the plates, we can conclude that the current sensitivity is affected by
Проведены исследования стойкости экспериментальных образцов к воздействию фактора 7.И6 по стойкости к эффектам TREE. Из полученных результатов видно, что образцы ФПУ (изготовленные на объемном Si и на структурах КНС) сохранили работоспособность после воздействия лазерным импульсом. Время восстановление работоспособности кремниевого образца порядка 150 мкс. Время восстановления образца, изготовленного на структурах КНС, ~0,5 мкс.Investigations were made of the resistance of experimental samples to the effects of
Из приведенных результатов видно, что фактор с характеристикой 7.И7 оказывает влияние на параметры ФПУ, однако, не столь значительное, как фактор с характеристикой 7.И1.From the above results it is seen that the factor with characteristic 7.I 7 influences the parameters of the FPU, however, not as significant as the factor with characteristic 7.I 1 .
Деградация напряжения ФПУ на основе Si составила 10÷20%. Деградация ФПУ на основе КНС не превышала 7%, при этом у образцов с одной фоточувствительной площадкой наблюдалось восстановление (увеличение) напряжения на 15÷25% по сравнению с уровнем до воздействия.The voltage degradation of Si-based FPUs was 10–20%. The degradation of FPU based on SPS did not exceed 7%, while the samples with one photosensitive area showed a restoration (increase) of voltage by 15–25% compared with the level before exposure.
Таким образом, показан достаточно высокий уровень стойкости ФПУ КНС к воздействию факторов с характеристиками 7.И7, 7.И6, 7.И1 в отличие от ФПУ на объемном кремнии.Thus, a sufficiently high level of resistance of FPU KNS to the influence of factors with characteristics 7.I 7 , 7.I 6 , 7.I 1 is shown, unlike FPU on bulk silicon.
ЛитератураLiterature
1. Menn Nafthaly. Practical Optics / Elsevier Academic Press: Burlington, MA, USA; San Diego, CA, USA; London, UK, 2004. - P. 334.1. Menn Nafthaly. Practical Optics / Elsevier Academic Press: Burlington, MA, USA; San Diego, CA, USA; London, UK, 2004 .-- P. 334.
2. Re Valeric 3D Vertical Technologies for Advanced Semiconductor Radiation Sensor and Readout Electronics // 4th IEEE International Workshop on Advances in Sensors and Interfaces 28-29 June 2011 Borgo Egnazia Savelletri di Fasano, (Brindisi), Italy IEEE Catalog Number: CFP11IWI-USB ISBN: 978-1-4577-0622-6. - pp. 33-36.2. Re Valeric 3D Vertical Technologies for Advanced Semiconductor Radiation Sensor and Readout Electronics // 4th IEEE International Workshop on Advances in Sensors and Interfaces 28-29 June 2011 Borgo Egnazia Savelletri di Fasano, (Brindisi), Italy IEEE Catalog Number: CFP11IWI-USB ISBN: 978-1-4577-0622-6. - pp. 33-36.
3. Berdermann E. For the NoRDHDia, "Advance Diamond Particle Detector", Nuclear Physics News, Vol. 19, No. 1 (2009), 79-86.3. Berdermann E. For the NoRDHDia, "Advance Diamond Particle Detector", Nuclear Physics News, Vol. 19, No. 1 (2009), 79-86.
4. Adam W. et al for RAD42 collaboration, "The Development Diamiond Tracking detector for LHC", NIMA, 514 (2003), 79-86.4. Adam W. et al for RAD42 collaboration, "The Development Diamiond Tracking detector for LHC", NIMA, 514 (2003), 79-86.
5. Попов В.П., Ильницкий M.A. Работоспособность и надежность КМОП транзисторов с нанометровыми размерами элементов при радиационных воздействиях / Труды 1-й российско-белорусской научно-технической конференции «Элементная база отечественной радиоэлектроники», посвященной 110-летию со дня рождения О.В. Лосева / Под ред. А.Э. Рассадина. - Н. Новгород: НИЖЕГОРОДСКАЯ РАДИОЛАБОРАТОРИЯ. 2013. В 2-х т. Т. 1. С. 102-108.5. Popov V.P., Ilnitsky M.A. Efficiency and reliability of CMOS transistors with nanometer-sized elements under radiation exposure / Proceedings of the 1st Russian-Belarusian scientific and technical conference "Elemental base of domestic radio electronics" dedicated to the 110th birthday of OV Loseva / Ed. A.E. Seedling. - N. Novgorod: NIZHNY NOVGOROD RADIO LAB. 2013. In 2 volumes T. T. 1.P. 102-108.
6. Patti, L. et al, "Monolitic Pixel Detectors in 0,13 μm CMOS Technology with Sensor Level Continuous Time Charge Amplification and Shaping" Nucl. Instr. Meth., Vol. A568 (2006), pp. 159-166.6. Patti, L. et al, "Monolitic Pixel Detectors in 0.13 μm CMOS Technology with Sensor Level Continuous Time Charge Amplification and Shaping" Nucl. Instr. Meth., Vol. A568 (2006), pp. 159-166.
7. Patti, L. et al, "Vertical Integrated Deep N-well CMOS MAPS With Sparsification and Time Stamping Capabilities For Thin Charged Particle Trackers", Nucl. Instr. Meth., Vol. A624 (2010), pp. 79-86.7. Patti, L. et al, "Vertical Integrated Deep N-well CMOS MAPS With Sparsification and Time Stamping Capabilities For Thin Charged Particle Trackers", Nucl. Instr. Meth., Vol. A624 (2010), pp. 79-86.
8. Patti, R.S. "Thre-Dimensional Integrated Circuits and Future of System-in-Chip Design", Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 6 (2006), pp. 1214-1224.8. Patti, R.S. "Thre-Dimensional Integrated Circuits and Future of System-in-Chip Design", Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 6 (2006), pp. 1214-1224.
9. Menzer Mark A. Applied Optics Fundamentals and Device Applications Nano, MOEMS, and Biotechnology / NY, FL USA: CRC Press Taylor & Francis Group, 2011. P. 675.9. Menzer Mark A. Applied Optics Fundamentals and Device Applications Nano, MOEMS, and Biotechnology / NY, FL USA: CRC Press Taylor & Francis Group, 2011. P. 675.
10. Blash, K.P. et al., Monolitic optical integrated control circuitry for GaAs MMIC-based phased arrys, Proc. SPIE 578, September, 1985.10. Blash, K.P. et al., Monolitic optical integrated control circuitry for GaAs MMIC-based phased arrys, Proc. SPIE 578, September, 1985.
11. Cochran Donna J., Boutte Alvin J., Campola Michael J., Carts Martin A., Casey Megan C., Chen Dakai, LaBel Kenneth A., Ladbury Raymond L., Lauenstein Jean-Marie, Marshall Cheryl J., O'Bryan Martha V., Timothy R. O'Bryan, Pellish Jonathan A., Sanders Anthony В., and Xapsos Michael A. Recent Total Ionizing Dose and Displacement Damage Compendium of Candidate Electronics for NASA Space Systems / 2010 IEEE Radiation Effects Data Workshop Record, L. Scheick, Editor, New Jersey, IEEE, 2010.11. Cochran Donna J., Boutte Alvin J., Campola Michael J., Carts Martin A., Casey Megan C., Chen Dakai, LaBel Kenneth A., Ladbury Raymond L., Lauenstein Jean-Marie, Marshall Cheryl J., O'Bryan Martha V., Timothy R. O'Bryan, Pellish Jonathan A., Sanders Anthony B., and Xapsos Michael A. Recent Total Ionizing Dose and Displacement Damage Compendium of Candidate Electronics for NASA Space Systems / 2010 IEEE Radiation Effects Data Workshop Record, L. Scheick, Editor, New Jersey, IEEE, 2010.
Claims (54)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015129631A RU2611552C2 (en) | 2015-07-17 | 2015-07-17 | Photodetector (versions) and production method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015129631A RU2611552C2 (en) | 2015-07-17 | 2015-07-17 | Photodetector (versions) and production method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015129631A RU2015129631A (en) | 2017-01-23 |
RU2611552C2 true RU2611552C2 (en) | 2017-02-28 |
Family
ID=58450521
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015129631A RU2611552C2 (en) | 2015-07-17 | 2015-07-17 | Photodetector (versions) and production method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2611552C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022005786A1 (en) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | Texas Instruments Incorporated | Gate implant for reduced resistance temperature coefficient variability |
RU214806U1 (en) * | 2022-04-26 | 2022-11-15 | Иван Дмитриевич Щербаков | DETECTOR OF ULTRASHORT X-RAY PULSES |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2169412C1 (en) * | 1999-10-05 | 2001-06-20 | Вовк Оксана Валерьевна | Photodiode manufacturing process |
US7397101B1 (en) * | 2004-07-08 | 2008-07-08 | Luxtera, Inc. | Germanium silicon heterostructure photodetectors |
RU2343590C1 (en) * | 2007-07-09 | 2009-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" | Method of producing matrix photodetector |
RU2345445C1 (en) * | 2007-07-11 | 2009-01-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | Photoconverter |
JP2011192873A (en) * | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Irspec Corp | Wide-wavelength-band photodetector array |
US8344468B2 (en) * | 2011-05-18 | 2013-01-01 | Tower Semiconductor Ltd. | Photovoltaic device with lateral P-I-N light-sensitive diodes |
-
2015
- 2015-07-17 RU RU2015129631A patent/RU2611552C2/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2169412C1 (en) * | 1999-10-05 | 2001-06-20 | Вовк Оксана Валерьевна | Photodiode manufacturing process |
US7397101B1 (en) * | 2004-07-08 | 2008-07-08 | Luxtera, Inc. | Germanium silicon heterostructure photodetectors |
RU2343590C1 (en) * | 2007-07-09 | 2009-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" | Method of producing matrix photodetector |
RU2345445C1 (en) * | 2007-07-11 | 2009-01-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | Photoconverter |
JP2011192873A (en) * | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Irspec Corp | Wide-wavelength-band photodetector array |
US8344468B2 (en) * | 2011-05-18 | 2013-01-01 | Tower Semiconductor Ltd. | Photovoltaic device with lateral P-I-N light-sensitive diodes |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022005786A1 (en) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | Texas Instruments Incorporated | Gate implant for reduced resistance temperature coefficient variability |
US11581399B2 (en) | 2020-06-30 | 2023-02-14 | Texas Instruments Incorporated | Gate implant for reduced resistance temperature coefficient variability |
RU214806U1 (en) * | 2022-04-26 | 2022-11-15 | Иван Дмитриевич Щербаков | DETECTOR OF ULTRASHORT X-RAY PULSES |
RU2811380C1 (en) * | 2023-06-16 | 2024-01-11 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Method for group production of thinned hybridized assemblies for matrix photodetector |
RU2812236C1 (en) * | 2023-07-31 | 2024-01-25 | Леонид Александрович Мочалов | Method for producing epitaxial gallium oxide films on c-oriented sapphire |
RU2815854C1 (en) * | 2023-10-12 | 2024-03-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Method of creating regular symmetric nanosized recesses on surface of semiconductor substrate |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015129631A (en) | 2017-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5523317B2 (en) | Avalanche photodiode and avalanche irradiation detector | |
CN100505331C (en) | Avalanche photoelectric diode used under the poor environment | |
US4127932A (en) | Method of fabricating silicon photodiodes | |
Thom et al. | A fully monolithic InSb infrared CCD array | |
Riesz | High speed semiconductor photodiodes | |
Khan et al. | Design and characterization of GaN pin diodes for betavoltaic devices | |
EP2323170A1 (en) | Electromagnetic radiation converter and a battery | |
US10411150B2 (en) | Optical isolation systems and circuits and photon detectors with extended lateral P-N junctions | |
Schow et al. | Design and implementation of high-speed planar Si photodiodes fabricated on SOI substrates | |
Looker et al. | GaAs x-ray detectors with sub-nanosecond temporal response | |
CN103915525A (en) | Infrared focal plane detector capable of improving photoelectric conversion performance | |
RU2355066C2 (en) | Electromagnetic emission converter | |
JP2008511163A (en) | Ionizing radiation detector | |
RU2611552C2 (en) | Photodetector (versions) and production method thereof | |
McNeil et al. | Perforated diode fabrication for neutron detection | |
RU82381U1 (en) | SILICON pin photodiode | |
CN106409965A (en) | High speed saturated single line carrier ultraviolet photodiode and preparation method | |
Wyrsch et al. | Vertical integration of hydrogenated amorphous silicon devices on CMOS circuits | |
Hu et al. | Advanced back-illuminated silicon photomultipliers with surrounding P+ trench | |
Wyrsch et al. | Thin‐film silicon detectors for particle detection | |
GB1561953A (en) | Photodiodes | |
Seto et al. | Performance dependence of large-area silicon pin photodetectors upon epitaxial thickness | |
Pellegrini et al. | Double sided 3D detector technologies at CNM-IMB | |
Jiang et al. | A novel photodiode array structure with double-layer SiO2 isolation | |
Bellinger et al. | Characteristics of the large-area stacked microstructured semiconductor neutron detector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190418 |