RU56069U1 - Кремниевый pin-фотодиод большой площади - Google Patents
Кремниевый pin-фотодиод большой площади Download PDFInfo
- Publication number
- RU56069U1 RU56069U1 RU2005136094/22U RU2005136094U RU56069U1 RU 56069 U1 RU56069 U1 RU 56069U1 RU 2005136094/22 U RU2005136094/22 U RU 2005136094/22U RU 2005136094 U RU2005136094 U RU 2005136094U RU 56069 U1 RU56069 U1 RU 56069U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon pin
- large area
- pin photodiode
- photodiode
- radiation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Заявляемый кремниевый pin-фотодиод (ФД) большой площади относится к области полупроводниковых приборов, чувствительных к излучению ближнего ИК-диапазона. Новьм в заявляемом кремниевом pin-фотодиоде является использование пластин определенной толщины (400 мкм) со строго ограниченным интервалом значений удельного сопротивления (р=10-14 кОм·см). В соответствии с формулой полезной модели была разработана структура pin-фотодиода. Для ее реализации разработана серийная технология, изготовлены, испытаны и поставлены заказчикам опытные партии образцов кремниевых pin-фотодиодов большой площади ФД342-02. Совокупность отличительных признаков позволило выпускать унифицированное изделие, чувствительное к излучению с длиной волны 0,9 мкм и 1,06 мкм и предназначенное для использования в оптико-электронных системах определения координат источников излучения, в том числе в условиях высокой фоновой засветки.
Description
Заявляемый кремниевый pin-фотодиод (ФД) большой площади относится к области полупроводниковых приборов, чувствительных к излучению с длиной волны 0,9 мкм и 1,06 мкм, и предназначен для использования в оптико-электронных системах определения координат источников излучения, в том числе в условиях высокой фоновой засветки.
Известен аналог - кремниевый pin-фотодиод большой площади ФД141К, разработанный в ОКБ НПО «Кварц» (г.Черновцы, Украина) и содержащий подложку р-типа проводимости, на которой сформирован фоточувствительный элемент (область с типом проводимости, противоположным типу проводимости подложки). Недостатком прибора является узкий спектральный диапазон (рабочая длина волны - 1,06 мкм) и достаточно высокое для pin-фотодиода рабочее напряжение (115 В).
Наиболее близким к заявляемой модели и принятым за прототип является кремниевый pin-фотодиод большой площади ФД342, разработанный нашим предприятием для замены изделия ФД141К. Указанный фотодиод также содержал подложку р-типа проводимости, на которой сформирован фоточувствительный элемент (область с типом проводимости, противоположным типу проводимости подложки). Для изготовления ФД использовались пластины монокристаллического кремния толщиной 400 мкм с удельным сопротивлением ρ=10-40 кОм.см. Приборы изготовленные на основе такого материала обеспечивали основные фотоэлектрические характеристики (емкость С - не более 70 пФ, темновой ток Iт - не более 7 мкА, токовую чувствительность Sλ - не менее 0,2 А/Вт) уже при рабочем напряжении ≤70 В. Вместе с тем ФД342 по-прежнему имеет ограниченную область чувствительности (только на длине волны 1,06 мкм), что не позволяет использовать его в аппаратуре, работающей на длине волны 0,9 мкм, в том числе в условиях высокой фоновой засветки.
Заявляемая полезная модель решает задачу создания унифицированного кремниевого прибора большой площади (А=154 мм2), чувствительного на длинах волн 1,06 мкм и 0,9 мкм, со следующими характеристиками:
- рабочее напряжение Up - не более 50 В;
- токовая чувствительность на длине волны 0,9 мкм Sλ - не менее 0,45 А/Вт;
- токовая чувствительность на длине волны 0,9 мкм в условиях засветки Sλ - не менее 0,35 А/Вт
- токовая чувствительность на длине волны 1,06 мкм Sλ - не менее 0,2 А/Вт;
- емкость С - не более 150 пФ.
Для решения поставленной задачи при изготовлении унифицированного фотодиода используются пластины толщиной ~400 мкм с удельным сопротивлением, лежащем строго в интервале 10-14 кОм.см. Заявляемая полезная модель поясняется:
- таблицами 1-13, в которых представлены результаты расчета допусков по величинам толщины и удельного сопротивления пластин, обеспечивающих выполнение заданного уровня токовой чувствительности;
- фиг.1, на которой представлена топология и сечение А-А полезной модели;
- фиг.2, на которой представлено конструктивное исполнение
полезной модели.
Заявляемый кремниевый pin-фотодиод изготавливался на основе пластин, минимальное удельное сопротивление которых оценивалось, исходя из требований по емкости:
C=εA/W (1),
Где с - емкость ФД=150 пф,
ε - диэлектрическая постоянная кремния =55.10-12,
А - площадь ФД=154 мм2,
W - ширина области пространственного заряда.
Из формулы (1) следует, что W должна быть не менее 300 мкм. Исходя из этого значения определяется концентрация примеси в пластинах кремния:
N=2ε.Up/q/W2=2.1012 см-3 (2),
Этой концентрации примеси в кремниевых пластинах р-типа проводимости соответствует
удельное сопротивление р=10 кОм.см (3)
Коэффициент поглащения α в кремнии на длине волны 0,9 мкм равен 300 см-1, поэтому даже при минимальной толщине структуры (140 мкм) квантовая эффективность должна составить:
η=(1-e-αw)=0,99,
а максимальная стационарная чувсвительность S=0,71 А/Вт.
Относительная импульсная чувствительность S зависит от длительности сигнала Тс, постоянной времени ФДtф и RC-составляющей tRC:
Sи=Tc/√Tc 2+tф 2+tRC 2 (4)
Постоянная времени ФД tф зависит от ширины W, рабочего напряжения Up, последовательного сопротивления Rn следующим образом:
tф=0,0055. [W2/(Up-Rn).(1+0,151.(Up-Rn)/W (5)
RC - составляющая является произведением следующих величин:
Rn=(ρ/A)/(W-√2.ε.μ.ρ.(Up-Rn) (6)
С=ε.A/√2.ε.μ.ρ.(Up-Rn)(7)
Результаты расчета ширины ОПЗ W, постоянной времени ФД tф, последовательного сопротивления Rn, емкости ФД С, RC-составляющей tRC и чувствительности S в том числе в условиях фоновой засветки представлены в таблицах 1-12. Заштрихованные ячейки таблиц означают условия, при которых не обеспечивается выполнения требуемых параметров, т.е. уменьшение относительной чувствительности при фоновой засветке превышало 0,35/0,45=0,78.
Результаты расчетов сведены в таблицу 13.
Результаты расчета показали, что при использовании пластин толщиной 400 мкм в диапазоне удельного сопротивления 10-14 кОм.см можно обеспечить создание унифицированного кремниевого прибора большой площади, чувствительного на длинах волн 1,06 мкм и 0,9 мкм.
Пример. В соответствии с заявляемой моделью был спроектирован и изготовлен кремниевый pin-фотодиод большой площади. Указанный прибор выполнялся на пластине 1 (фиг.1) монокристаллического кремния р-типа проводимости толщиной 400 мкм с удельным сопротивлением 10-14 кОм.см. Фоточувствительная область 2 и область охранного кольца 3 формировались с помощью диффузии фосфора через пленку двуокиси кремния (SiO2) 3. Необходимая толщина пленки 0,65 мкм достигалась за счет термического окисления пластины кремния при Т=1100°С. Создание омических контактов 4, 5 осуществлялось путем нанесения пленки золота с подслоем титана. Толщина контактного покрытия - 0,5 мкм. Топология прибора обеспечивалась фотолитографическими процессами. Фоточувствительный элемент (ФЧЭ) прибора образовывался после дисковой резки кремниевой пластины на кристаллы размером 16×16 мм. Диаметр фоточувствительной области - 14 мм.
Кристалл ФЧЭ собирался в прецизионном корпусе (фиг.2) в следующей последовательности. Кристалл 1 припаивается на ситалловую изоляционную подложку 6, последняя, в свою очередь, приклеивается на цоколь 7. Цоколь имеет четыре рабочих вывода 8, изолированных с помощью стеклянных изоляторов 9. Электрическое соединение внешних рабочих выводов 8 с контактными площадками ФЧЭ и подложки производится контактной точечной сваркой золотой проволоки 10 диаметров 0,05 мм. Крышка 11 со стеклянным окном 12 герметически приваривалась к цоколю 7 в инертной азотной среде.
Структура, топология и технология изделия позволяют освоить его в производстве и наладить серийный выпуск. Использование заявляемой полезной модели позволило по сравнению с прототипом:
- расширить спектральный диапазон чувствительности прибора (рабочие длины волн -0,9 мкм и 1,06 мкм);
- улучшить эксплуатационные характеристики (снизить рабочее напряжение);
- унифицировать производство фотодиодов для регистрации импульсного излучения в спектральном диапазоне 0,9-1,06 мкм;
- обеспечить работу прибора в условиях высокой фоновой засветки.
Указанные кремниевые pin-фотодиоды (ФД342-02), изготовленные в соответствии с признаками заявляемой полезной модели, обеспечили потребность оптико-электронной аппаратуры - лазерных дальномеров, работающих на длинах волн 0,9 мкм и 1,06 мкм, в том числе - в условиях высокой фоновой засветки. Разработка внедрена в производство в 2003 г. Объем поставок таких приборов превысил 6000 шт. в год.
Up, В | Емкость | Чувствительность | ||||
Уд. Сопр., кОмхсм | С, пф б/фон.засветки при U=20B | С, пф с фон.засветкой при U=12B | S0,9 б/фон.засветки |
S0,9C фон.засветкой |
S1,06 б/фон.засветки, А/Вт | |
9 | 151 | 98 | 0,7 | 0,43 | 0,25 | |
10 | 113 | 92 | 0,7 | 0,41 | 0,25 | |
14 | 109 | 90 | 0,71 | 0,35 | 0,25 | |
15 | 82 | 88 | 0,71 | 0,34 | 0,25 | |
- не удовлетворяет заданным требованиям |
Claims (1)
- Кремниевый pin-фотодиод большой площади, содержащий подложку р-типа проводимости, на которой сформирован фоточувствительный элемент (область с типом проводимости, противоположным типу проводимости подложки), отличающийся тем, что для его изготовления используются пластины толщиной ~400 мкм с удельным сопротивлением, лежащем строго в интервале 10-14 кОм·см.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005136094/22U RU56069U1 (ru) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | Кремниевый pin-фотодиод большой площади |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005136094/22U RU56069U1 (ru) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | Кремниевый pin-фотодиод большой площади |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU56069U1 true RU56069U1 (ru) | 2006-08-27 |
Family
ID=37061995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005136094/22U RU56069U1 (ru) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | Кремниевый pin-фотодиод большой площади |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU56069U1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2532594C1 (ru) * | 2013-08-27 | 2014-11-10 | Открытое акционерное общество "НПО "Орион" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО p-i-n ФОТОДИОДА |
RU2537087C1 (ru) * | 2013-09-10 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "НПО "Орион" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО p-i-n ФОТОДИОДА |
RU2541416C1 (ru) * | 2014-02-04 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "НПО "Орион" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО p-i-n ФОТОДИОДА |
RU2548609C1 (ru) * | 2013-12-06 | 2015-04-20 | Открытое акционерное общество "Швабе-Фотосистемы" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ pin-ФОТОДИОДОВ С ОХРАННЫМ КОЛЬЦОМ НА ВЫСОКООМНОМ р-КРЕМНИИ |
RU168495U1 (ru) * | 2016-03-31 | 2017-02-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Кремниевый p-i-n фотодиод с низкими темновыми токами |
RU178061U1 (ru) * | 2017-08-01 | 2018-03-21 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Кремниевый pin-фотодиод с повышенным уровнем чувствительности к длине волны 1,06 мкм |
RU184980U1 (ru) * | 2018-08-29 | 2018-11-15 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Кремниевый p-i-n-фоточувствительный элемент с повышенным уровнем чувствительности к длине волны 1,06 мкм |
-
2005
- 2005-11-21 RU RU2005136094/22U patent/RU56069U1/ru active
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2532594C1 (ru) * | 2013-08-27 | 2014-11-10 | Открытое акционерное общество "НПО "Орион" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО p-i-n ФОТОДИОДА |
RU2537087C1 (ru) * | 2013-09-10 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "НПО "Орион" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО p-i-n ФОТОДИОДА |
RU2548609C1 (ru) * | 2013-12-06 | 2015-04-20 | Открытое акционерное общество "Швабе-Фотосистемы" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ pin-ФОТОДИОДОВ С ОХРАННЫМ КОЛЬЦОМ НА ВЫСОКООМНОМ р-КРЕМНИИ |
RU2541416C1 (ru) * | 2014-02-04 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "НПО "Орион" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО p-i-n ФОТОДИОДА |
RU168495U1 (ru) * | 2016-03-31 | 2017-02-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Кремниевый p-i-n фотодиод с низкими темновыми токами |
RU178061U1 (ru) * | 2017-08-01 | 2018-03-21 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Кремниевый pin-фотодиод с повышенным уровнем чувствительности к длине волны 1,06 мкм |
RU184980U1 (ru) * | 2018-08-29 | 2018-11-15 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Кремниевый p-i-n-фоточувствительный элемент с повышенным уровнем чувствительности к длине волны 1,06 мкм |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU56069U1 (ru) | Кремниевый pin-фотодиод большой площади | |
US10209125B2 (en) | Monolithic integration of ultraviolet and infrared radiation detectors and manufacturing process thereof | |
Yang et al. | Transparent schottky photodiode based on AgNi NWs/SrTiO3 contact with an ultrafast photoresponse to short‐wavelength blue light and UV‐shielding effect | |
US4910570A (en) | Photo-detector for ultraviolet and process for its production | |
JP6730820B2 (ja) | 光検出器およびこれを用いたライダー装置 | |
US9978802B2 (en) | Multiband optoelectronic device for colorimetric applications and related manufacturing process | |
KR20100087017A (ko) | 자외선용 포토디텍터 및 그 제조 방법 | |
CN110047957A (zh) | 一种中红外光探测器及其制备方法 | |
JP2022524919A (ja) | 積層されたコロイド状量子ドットフォトダイオードを使用したマルチバンド赤外線イメージング | |
CN102832286B (zh) | 一种垂直结构双工作模式紫外探测器及其制备方法 | |
US10371572B2 (en) | Integrated electronic device for detecting ultraviolet radiation | |
Adamo et al. | Measurements of silicon photomultipliers responsivity in continuous wave regime | |
Mousa et al. | Hybrid p-Au@ PbI2/n-Si heterojunction photodetector prepared by pulsed laser ablation in liquid | |
JP2009070950A (ja) | 紫外線センサ | |
US9806216B2 (en) | Semiconductor device for a system for measuring the temperature, and manufacturing method thereof | |
CN111987185A (zh) | 一种具有光电二极管效应的双钙钛矿薄膜器件及其制备方法和应用 | |
RU82381U1 (ru) | КРЕМНИЕВЫЙ pin-ФОТОДИОД | |
Lajvardi et al. | Ni/TiO2 ultraviolet detector | |
KR101942094B1 (ko) | 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 및 그 시스템 | |
CN113745360A (zh) | 一种窄带响应紫外光电二极管及其制备方法 | |
Martínez-Goyeneche et al. | Multimodal photodetectors with vacuum deposited perovskite bilayers | |
Chen et al. | Excellent Responsivity and Low Dark Current Obtained with Metal-Assisted Chemical Etched Si Photodiode | |
Xu | Fabrication and characterization of photodiodes for silicon nanowire applications and backside illumination | |
CN111947792B (zh) | 一种基于二硒化钯/超薄硅/二硒化钯肖特基结的颜色探测系统及其制备方法 | |
Ciancaglioni et al. | Secondary electron emission in extreme-UV detectors: Application to diamond based devices |